基于PCI總線的信令采集卡的硬件設計

引言

為了滿足未來無線多媒體通信需求，早在1985年國際電聯(lián)就提出了第三代移動通信的概念，許多國家和地區(qū)的著名電信設備制造商先后提出了十多種無線接口建議，經過充分協(xié)商和融和，最后形成了三大主流標準，即歐洲與日本提出的WCDMA、美國提出的CDMA2000和中國提出的TD-SCDMA。TD-SCDMA是由中國無線通信標準化組織（CWTS）提出并得到ITU通過的3G無線通信標準。在實際的商用之前，需要通過測試儀在真實的無線環(huán)境下對TD-SCDMA的網絡性能、數(shù)據(jù)收發(fā)等進行全面深入的測試驗證。針對中國正大力開發(fā)TD-SCDMA第三代移動通信(3G)系統(tǒng)、即將大規(guī)模組建3G網絡，卻沒有所必需的實驗研發(fā)、建網和運行測試設備的現(xiàn)狀，在國際上傳統(tǒng)通信測試儀表廠商只推出了基于CDMA2000和WCDMA兩種標準的測試儀表的情況下，研制出具有自主知識產權的TD-SCDMA移動通信網絡測試儀，完善TD-SCDMA產業(yè)鏈，形成系列產品并推向市場，必將產生巨大的社會效益及經濟效益。

本文介紹的信令采集卡就是我們已經研制成功了的并且已經在重慶重郵東電通信技術有限公司商用的TD-SCDMA網絡測試儀中針對核心網測試最重要的數(shù)據(jù)采集卡之一。

設計及其實現(xiàn)

1 信令數(shù)據(jù)采集卡設計思路

本卡主要是根據(jù)協(xié)議的選擇來完成七號信令數(shù)據(jù)的采集。本卡基于PCI設計，完成的主要功能有：物理層的數(shù)據(jù)采集、HDLC鏈路控制。在整個系統(tǒng)中主要完成層一和層二的控制，它要求較高的可靠性、可用性和可擴展性。為了滿足網絡測試儀數(shù)據(jù)流量大、方便用戶使用的特點，我們選用了自帶標準PCI協(xié)議規(guī)范的HDLC控制器（MindSpeed Bt8474）、專用的E1/T1/J1成幀器（MindSpeed Bt8370）芯片和Windows 2000作為此卡的基本軟硬件架構。每塊板卡可以實現(xiàn)8收4發(fā)，軟件驅動基于PCI的框架，能滿足快速的數(shù)據(jù)采集要求，性能穩(wěn)定。

2 芯片資源簡介

本卡采用的主要的芯片是MindSpeed公司的自帶PCI總線規(guī)范的多通道同步網絡控制器（MUSYCC）Bt8474和E1/T1成幀器Bt8370。

● PCI總線簡介

PCI的含義是周邊器件互連。PCI總線是一種不依附于某個具體處理器的局部總線，基于PCI的系統(tǒng)不受處理器升級的影響。每個典型的PCI可以支持大約10個電氣負載。它支持32位或64位的總線寬度，支持的工作頻率為33MHz或66MHz。工作在33MHz/32位時，理論上最大數(shù)據(jù)傳輸速率能達到133MHz/s。它支持并行的總線操作，還全面支持PCI總線主設備，在所有讀寫操作中可實現(xiàn)猝發(fā)傳送，支持即插即用，PCI部件和驅動程序可以在各種不同的平臺上應用。

● Bt8474簡介

BT8474 是一個多信道同步通信控制器（MUSYCC），它能支持128個數(shù)據(jù)信道，每個信道根據(jù)配置可以支持“HDLC、SS7、透明傳輸”三種協(xié)議。在數(shù)據(jù)處理中主要完成層2（數(shù)據(jù)鏈路層）的處理。

Bt8474是一個PCI多功能設備，它主要包括以下部分：

（1） 一個主接口（Host Interface）：主接口又由四個部分組成：設備配置寄存器、PCI功能0的配置空間、PCI功能1的配置空間、PCI接口。主接口主要提供BT8474與PC之間的接口，完成設備寄存器配置和PCI功能區(qū)配置區(qū)間的讀寫。

（2） 4個串口（Serial Interface）：串口也由四個部分組成,包括中斷控制器、DMAC、位級處理器BLP、接收和發(fā)送端口。串口主要完成主接口和BT8370的數(shù)據(jù)傳遞，同時根據(jù)需要產生中斷，并通過INTA報知PC。

（3） 1個擴展總線口（EBUS）：EBUS接口通過內置的MPU（微處理器單元）主要完成外圍設備的擴展。

（4） 1個邊界掃描口(JTAG)。

其功能框圖如圖1、圖2所示。

圖1 Bt8474功能框圖

圖2 Bt8474的串口功能設計原理圖

● Bt8370簡介

BT8370是一個T1/E1收發(fā)成幀器，支持的收發(fā)接口的Line Rate為 1.544Mb/s（T1）或者2.048Mb/s（E1）。物理線性接口電路恢復來自電纜的“+3dB到-43dB”的模擬時鐘和數(shù)據(jù)。

BT8370主要由以下幾部分組成：
（1）微處理器接口（MPU）：主要完成和其他設備之間的通信控制。
（2）接收/發(fā)送線性接口單元（RLIU/TLIU）。
（3）數(shù)字發(fā)送器（XMTR）。
（4）數(shù)據(jù)接收器（RCVR）。
（5）發(fā)送系統(tǒng)總線（TSB）。
（6）接收系統(tǒng)總線（RSB）。
（7）時鐘速率適配器（CLAD）。
（8）邊界掃描接口（JTAG）。

其功能圖如圖3、圖4所示。

圖3 Bt8370的功能框圖

圖4 Bt8370的設計原理圖

3 信令采集卡硬件實現(xiàn)

圖5是信令采集卡的總體設計框圖。

圖5 E1采集卡的總體設計框圖

采集卡從E1線上采集七號信令消息（也包括一號隨路信令），用以監(jiān)視和仿真整個通話流程。PCI接口芯片（HDLC控制器）是一個多功能設備,包括一個網絡控制器和一個PCI橋設備（EBUS）。網絡控制器用以控制時隙映射，配置DMA傳輸；PCI橋設備用以選通和配置成幀器，其中成幀器的選通是通過一個CPLD來完成的。另外，網絡控制器和PCI橋設備的中斷是分開的，分別通過INTA和INTB上報PCI控制器。信令信號經過成幀器成幀后，通過HDLC控制器以DMA方式送入到PC緩沖區(qū)；用戶可以通過驅動提供的接口函數(shù)到緩沖區(qū)取信令數(shù)據(jù)進行分析。

根據(jù)TD-SCDMA網絡測試儀表的總體設計方案要求，七號信令卡作為PCI插槽的板卡，通過高阻適配器采集E1信號，給8370成幀處理后，通過串口送給8474，完成消息的重組后，把消息送給上層軟件進行協(xié)議分析處理。七號信令卡的硬件結構提供網絡接口的物理層和部分鏈路層功能，由軟件來實現(xiàn)物理層和鏈路層的數(shù)據(jù)控制和部分應用層的功能。本卡可以同時完成8路監(jiān)測、4路仿真。

按照任務目標要求，七號信令卡主要由以下硬件單元組成：HDLC邏輯層Bt8474、PHY物理層Bt8370、CPLD邏輯控制、高阻適配器、DB15、變壓器等。圖6是E1采集卡的硬件結構。

圖6 E1采集卡的硬件結構

創(chuàng)新點

本文作者的創(chuàng)新點：
（1）本卡在硬件設計上，通過時隙和通道復用，把只有四個串口的8474擴展實現(xiàn)了8路串口。
（2）利用本信令采集卡可以實時監(jiān)測通信鏈路的建立、傳輸、停止等過程，
（3）可以通過該卡的信令發(fā)送功能，實現(xiàn)業(yè)務仿真，減小TD-SCDMA網絡設計風險。
（4）本卡現(xiàn)在已經在重慶重郵東電通信技術有限公司的TD-SCDMA網絡測試儀中用于商用。多次現(xiàn)場測試證明，本信令采集卡完全可以應用于TD-SCDMA網絡測試，取得了上百萬元的經濟效益。