ADSL MODEM内部大解剖

ADSL MODEM内部大解剖【简介】本文将要讲述的这款由深圳中兴公司的ADSL调制解调器：ADSL831是许多电信局使用的标准ADSL客户端设备。

是算入申请费中捆绑销售给广大用户的大众化产品之一。

它使用标准的10BaseT以太网接口与客户计算机连接，支持网桥模式（就是用PC机拨号的标准模式）和路由器／NAT模式（可以用它拨号然后多台PC共享上网的模式）。

支持固件（firmware）升级，支持最大下行8Mbps／上行1Mbps的速率。

2.74版本的firmware工作稳定可靠，并且提供了PPPoE拨号能力，使得其路由器／NAT功能真正得以发挥作用，不仅可以提供多台电脑共享上网，而且大大增加了客户计算机的安全性。

畅快淋漓的享用了她几个月之后，白杨终于忍不住手痒＋多动＋大脑CPU经常过热的天性，冒着质保贴被毁机器被烧的危险，开始对这位“ADSL平民MM”动手动脚……经过一番研习之后，自以为颇有几分心得，赶快拿出来与各路大侠分享。

【核心单元－通信处理器】●通讯处理器是ADSL Modem的核心单元。

它集成了传统意义上中央处理单元（CPU）、IO控制单元、和总线控制单元的所有功能。

有的还包含了部分，甚至完整的网络功能。

说得简单点，这个小家伙把整个CPU、网卡、和母板控制芯片组干的活儿能都一个人“承包”了！如果再加点存储器进去的话，嘿嘿，光这一块芯片就能作为一台完整的计算机使用了（那就真要改名叫单片机喽）。

831选择了美国Virata公司出品的Helium高性能网络处理器。

我不知道当初中兴的工程师是如何进行选择的，但是他们确实做出了一个非常完美的选择！不论从功能、性能、稳定性、甚至是发热率方面来看，Helium的表现都不曾另我失望。

●下面让我们花点时间好好揣摩一下Helium。

首先，来看看她的物理特性：该款处理器共有208个针脚，采用超大规模集成电路常用的塑料方型扁平式封装（PQFP），使用3.3V标准电压，工作温度0℃～70℃。

为了下面讨论方便，这里先给出Helium的系统框图：●接下来是她的“心脏”部分——CPU：该芯片内部包含有两个48MHz的ARM RISC 中央处理器，有点类似于我们说的双CPU构架，但Helium的CPU管理策略并不是我们平常所推崇的那种CPU直接互相协作的“对称模式”，而是一般情况下效率很低的“非对称模式”。

在非对称模式下，CPU之间不会像对称模式那样互相分担负载（即不会自动做负载平衡），所以经常会出现一个CPU累死，而另一个发呆没事做的情况。

这不但浪费了CPU资源，还严重影响了系统的稳定性和健壮性（一个CPU连续高负荷运转可是会死机的喔）。

Virata作为从英国剑桥在AT&T的实验室中分离出来的一家专门从事网络芯片和通讯软件设计的公司，当然不会不知道什么是“对称模式”。

那么他们为什么要如此顽固地坚持使用“非对称模式”呢？因为这里有一个很特殊的情况：Helium 的全部使命就是帮助她的主人通过xDSL链路访问远程网络中的资源，这使她的功能十分单一，执行的任务也非常固定，以至于我们完全可以事先为这两个CPU 分别指派相应的任务而达到人工实现负载平衡的目的。

Virata的这种做法使Helium即有了“对称模式”的效率，又省去了实现对称模式需要的高昂软、硬件成本。

那么Virata究竟是怎么做的呢？我们还是先来看看这两个处理器的名字吧，他们一个叫“协议处理器”（Protocol Processor），另一个则叫“网络处理器”(Network Processor)。

一个简单但是稍微有点不准确的理解方法是：“网络处理器”专门负责处理所有物理方面的通讯连接问题，而“协议处理器”则专门负责解决在物理连接之上的抽象数据通讯问题。

他们一个是网络的“肉体”，一个是网络的“灵魂”，“肉体”和“灵魂”是密不可分的，他们忙的时候一起动，闲的时候一起停。

这就是说，他们不会有“一动一停”的时候，这就实现了负载平衡。

此外，先进的微内码结构和8K微码RAM保证了Helium的CPU指令集可以在机器语言的级别进行修改，甚至扩充。

●其次，一起来看看哪些I／O接口归“网络处理器”调遣（注意喔，这些I／O接口也都是Helium中响当当的硬件模块哦，只不过他们都需要听候“网络处理器”的统一差遣）：首先，Helium内置了一个已经分配有MAC地址的10BaseT 接口（非常体贴的设计！）。

另有一个完全独立的，符合Q.921标准，速率为20Mhz的ADSL T1.413接口处理器，这个ADSL接口处理器还自带了一个16位CRC 发生器。

同时被Helium支持的接口规范还有：∙USB∙Utopia 1／2∙HDLC∙GPIO∙总线扩展∙UART（831上的Console口就通过它控制）∙SDRAM（内存接口）∙Flash PROM （连接到831存储操作系统的地方）∙EEPROM其中，内存接口支持16bit或32bit字宽的内存总线（831中使用16bit模式），支持2MB～32MB SDRAM（831中是8MB）。

●最后，“协议处理器”又在“网络处理器”努力建起的物理“肉体”之上扩展出很多协议“灵魂”，这些“灵魂”都是通过存贮在Flash Rom中的软件实现的，他们在每次831启动的时候会被调入内存加载执行。

具体来说都有：∙ATM 设备驱动器∙IP 路由和桥接∙PPTP, L2TP（VPN功能）∙RFC1483 PVC／SVC∙传统 IP PVC／SVC∙PPP over、ATM PVC／SVC∙Q.2931、SSCOP∙UNI 3.0, 3.1, 4.0 信号发生功能∙SNMP∙TFTP∙telnet∙BOOTP∙AAL5 SAR∙ATM步量策略和OAM∙ATMOS 轻量实时内核还有最近新增的 PPP over Ethernet，比较一下831提供的功能，这块Helium 基本算是物尽其用了。

【ADSL收发器】831用的是Globe Span出品的GS7000系列ADSL／ATM可编程芯片组。

该芯片组实际包含了两块芯片，一块用于数字信号处理和帧调节（DSP／Framer），另一块是处理模拟信号的前端（AFE）。

其中DSP芯片用的是7000系列的GS7070－174，支持最高下行8Mbps／上行1Mbps的速率。

而AFE用的是GS3771-174，支持多种复用模式和调制解调方法。

该芯片组支持当今所有的ADSL ATM标准，并且有3.3V／5V的双工作电压，工作温度更达到-40℃～85℃的超宽范围哦！好了，下面让我们具体看看一段数据是如何从831通过ADSL线路发出去的。

现在假设我有一封EMail要通过ADSL发往Internet，这里具体过程是这样的：首先，我的计算机要把这封EMail转换成一条长长的比特流，现在假设这封信已经源源不断地“流”进了你的831，那么它现在就会像这样“流”入Internet：“协议处理器”（控制RFC1483）－＞“网络处理器”（控制ADSL T1.413接口处理器）－＞GS7070 DSP芯片－＞GS3771 AFE芯片－＞UMEC UT20209S／UT20226S －＞ADSL 集中器－＞……以上流程是基于831工作在桥模式时写的，并且已经经过了相当简化。

主要是为了让大家对831的工作机制有一个大体上的了解。

其中的UMEC UT20209S／UT20226S 是两个ADSL传输模块，说是“传输模块”，实际上就是一个电感耦合器件，起到变换信号强度和隔除直流的作用。

【内存】831的内存选用了韩国现代（HY）的64Mbit（8MB）／PC100（10ns）内存模块。

HY也是我最喜欢的内存品牌了，兼容性好，品质可靠，性能也出类拔萃，价格也比较实在。

不像那种买的死贵叫KINGM..的条子，居然跟我心爱的DFI母板不兼容……咳，扯远了，回过头来说，这块内存的型号是：HY57V641620HG0102A-T-P。

根据HY的DATABOOK记载，这是4M×16bit的模块，这就是我在前面为什么说831的内存总线是16位宽了。

差点忘了，板子上还有一块由ISSI出品型号为 IS61LV256-15T 的256KB高速同步静态缓存（相对于CPU主频算高速的啦）。

【闪存】831使用了台湾旺宏（Maronix，缩写为MX，经常刷BIOS的人一定很熟）公司的29F800BTC-90闪存模块，容量为1MByte，存取速度90ns，工作温度-40℃～125℃（这可是是军用级标准）。

也就是说831的操作系统最大不能超过一兆喔。

831一直没有提供基于WEB的管理界面，恐怕就是因为Falsh容量的限制吧。

【电源】虽然831是使用了配套变压器直接提供的12V直流输入，但还是可以看到电路板上有一个Π型CL滤波电路，一个AMC7805 12V线性稳压模块，一些稳压二极管，以及一个AMC7660 1.5安直流－直流电压变换模块。

此外，母板上还提供了一个8针脚的DIP插槽，估计可以用来增加一个电源模块。

那个用在滤波电路中的环形电感一开始就引起了我的注意，一方面当然是因为它金光灿灿生得标致，更重要的是它“嗓子”也不含糊，一通电就开始嗡嗡的唱，而且还发烧 :(( ，温度比稳压模块有过之而无不及！望着它比一般电源专用电感细很多的漆包线，还有它身上已经有点融化了的塑料捆绑带……唉！真不知道中兴是怎么想的 :’( 。

不过电感的轻微过载并没有影响831的稳定性，在firmware 2.74版控制之下的831稳定公认是不错的哦。

【其它】掀开机壳之后，白杨最先注意到的元件就是那两个出自德国UMEC公司的ADSL传输模块：UT20209S 和 UT20226S。

姊妹俩秉承了德奥民族的一贯传统，细腻、水灵，加上块头又大（人家本来就是“超小型变压器”嘛），所以俺第一眼就能眇见它。

831的主印刷电路板也可圈可点，板基厚实、边缘光滑（比用来焊LED指示灯那块好多了），布线也十分科学合理，最大限度地利用了蛇行线（几乎找不到直线^o^）。

功能单元安排合理，布局清楚。

看这样的电路板，虽然赶不上母板的气势，但仍然是十分养眼，如果把仅有的4个分立式陶瓷电容换成贴片式的话，就更舒服了 ^_^ 。

还有，她的系统总线和网络模块的时钟脉冲是由两个石英晶振分别提供的，这也有助于保持整个系统的稳定。

此外白杨也注意到中兴在831的ADSL线路输入部分加装了一个保险管，以防雷击和其他随时有可能袭来的电泳损坏系统，考虑的很周到。

【安全与管理】在整个系统集成领域，安全性永远是一个最突出、最复杂的问题。

一个网络设备的安全性涉及到这个设备软硬件的方方面面。

831可以通过Console线连接、TELNET远程登陆及SNMP网管协议来管理和维护。