摘  要： 提出了同步流密码机中E1接口的一种设计与实现方法。介绍了低功耗单片机MSP430F149和E1接口芯片DS21348的特点，说明了设计过程并给出了E1接口的硬件连接图。为了使E1接口能够进行正确的数据交换和实现完全的数据同步，对DS21348内部控制寄存器进行了正确的设置。设计出的E1接口可以实现从物理线路上提取时钟信号及数据、去抖动处理、发送数据等功能。 

    关键词： 同步流密码机； E1接口； MSPF149芯片； DS21348芯片

    同步流密码机用于DDN专线网络环境，位于网络接入路由器和同步Modem之间。通常采用对称加密算法对进出的网络通信数据进行加/解密处理，为用户提供点对点的数据通信加密保护，确保敏感数据传输安全。密码机通过E1接口与网络连接，实现数据的输入和输出。本文将介绍一种采用低功耗单片机MSP430F149和E1接口芯片DS21348实现E1接口的方法。 

1 MSP430F149单片机简介^[1] 

    MSP430F149是具有超低功耗特点的16位单片机，其功耗电流已经达到了毫安级。它具有功能强大的CPU内核:16位CPU和高效的RISC指令系统，无外扩的数据地址总线，在8 MHz时可达到125 ns的指令周期，具有16个快速响应中断，能及时处理各种紧急事件；丰富的片内外围功能模块：12位的A/D转换器ADC12内包括采样/保持功能的ADC内核、转换存储逻辑、内部参考电平发生器、多种时钟源、采样及转换时序电路；有8个外通道，4个内通道，高达200 kb/s的采样速率，多种采样方式；两路USART通信串口，可用于UART和SPI模式;片内有精密硬件乘法器，2个16位定时器，6个并行口Pl～P6，48条I/O口线，具有64 KＢ的Flash，用于存储数据。 

2 E1接口芯片DS21348简介^[2] 

    DS21348芯片是一种E1／T1接口可选择的完整线路接口单元，完全符合最新的E1/T1接口规范，可以用于短程和长程操作;其接收灵敏度能够自动适应输入信号，应用于E1接口时，灵敏度可以通过程序控制在0～12 dB或0～43 dB范围内，而应用于T1接口时，调整范围为0～30 dB或0～36 dB。 

    该芯片能够产生符合G.703协议、阻抗为75 Ω或120 Ω的E1接口信号波形；也可以产生增益为0 dB、-7.5 dB、-15 dB和-22.5 dB并且与T1接口的DSX-1和CSU线路相匹配的信号。 

    芯片内部还有一个主时钟信号为2.048 MHz的抖动抑制器，它的先进先出深度可以选择为32位或128位。抖动抑制器既可以设置在数据发送端，也可以设置在数据接收端。 

    DS21348芯片还具有数据回送和伪随机二进制序列(PRBS)模式的产生/检测等自我诊断能力。可以产生并检测16位的loop-up和loop-down码。 

    DS21348芯片有两种控制模式:软件模式和硬件模式。软件模式主要由微控制器的串行或并行总线来控制DS21348内部的寄存器。软件模式又分为并行口控制模式和串口控制模式，其中并行口控制模式还分为多路传输总线和非多路传输总线模式。在硬件模式中，可以通过给管脚的逻辑状态进行赋值来实现对DS21348芯片的功能控制。 

3  E1接口的设计 

3.1硬件系统设计 

    在接口的硬件设计中，MSP430F149单片机作为微控制器^[3]，负责DS21348芯片内部寄存器的设置和控制。 

DS21348芯片的BIS1管脚接地，BIS0管脚接高电平，选用非多路传输总线的并行口控制模式，其工作过程由MSP430F149单片机通过８位并行数据线控制。DS21348芯片与MSP430F149单片机的硬件连接图如图１所示。 

    在非多路传输总线模式下，DS21348芯片的各引脚功能：A0～A4管脚用作地址总线，D0～D7管脚为数据总线，用来设置DS21348芯片的内部控制寄存器。ALE管脚为地址锁存器使能，在选用并行口控制模式的多路传输总线时，用来在时钟上升沿分离总线上的信号。为片选管脚，低电平有效，当读或写芯片内部寄存器时，必须接低电平。为硬件复位管脚，低电平有效，在管脚为低电平时，将使DS21348芯片复位，所有的控制位将恢复为全０的默认状态。PBTS为并行总线类型选择管脚，当使用并口模式（BIS1=0）时，设置PBTS为高电平，选择Motorola总线时序；设置为低电平时，选择Intel总线时序。为读输入信号，低电平有效。TEST为三态控制管脚，用于板级的测试。TEST设置为高电平时，所有输入输出管脚(包括并行控制端口)都为高阻态；设置为低电平时，选择正常工作模式。为写输入信号，低电平有效。 

3.2模拟接口设计 

    DS21348芯片使用一组激光微调延迟线路及一个精确数模转换器产生在E1线路上发送的信号波形。该信号波形符合最新的E1接口规范，由DS21348芯片的TTIP和TRING管脚输出到发送线路上,TTIP和TRING管脚经由一个1:2的升压变压器连接到E1接口的发送平衡双绞线（或同轴电缆）上。 

    DS21348芯片的RTIP和RRING管脚经由一个1:1的变压器连接到E1接口的接收平衡双绞线（或同轴电缆）上^[4]，线路上的信号经过RTIP和RRING管脚输入DS21348芯片的数字时钟恢复系统，以实现时钟信号和数据的提取。当RTIP和RRING管脚上没有信号输入时，将发生载波损失的情况，RCL管脚将输出高电平。 

    模拟接口的电路连接图如图２所示。 

    图2中，电源+VDD的电压为3.3 V,电阻R_t用来增加发射机的回波损耗，其阻值为0 Ω。电阻R_r用于调节接收线路上的阻抗匹配。在此，由于采用内部接收终端，R_r的阻值必须为60 Ω。发送端变压器为1:2的升压变压器，接收端为1:1的变压器。MCLK为主时钟信号，由1个2.048 MHz的TTL电平的时钟源提供，用于芯片内部时钟/数据的恢复和抖动抑制。 

4 DS21348的初始化 

    E1接口在实现过程中，必须对DS21348芯片进行初始化。DS21348芯片的初始化过程由MSP430F149单片机通过地址总线A0～A4和数据总线D0～D7对DS21348芯片的内部寄存器赋值来实现。寄存器的具体设置如表1所示^[1]。 

    本文主要介绍了同步流密码机中E1接口的实现方案、硬件连接和E1接口芯片DS21348。为使E1接口能够进行正确的数据交换和完全的数据同步，对DS21348芯片内部控制寄存器进行了正确的设置。经测试，该E1接口可以实现从物理线路上提取时钟信号和数据、去抖动处理、发送数据等功能，可以完成数据的收发，达到了设计要求。 

参考文献 

[1] 胡大可. MSP430系列Flash型超低功耗16位单片机.北京：北京航空航天大学出版社，2001. 

[2] DS21348/DS21Q348 3.3V E1/T1/J1 line interface.http://www.maxim-ic.com, 2007. 

[3] MSP430x1xx user’s guide. www.ti.com. 2006. 

[4] Application note 324: T1/E1 network interface design.http://www.maxim-ic.com, 2001.