TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀的ATM數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)現(xiàn)

引言

我國(guó)自主提出的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)隨著標(biāo)準(zhǔn)的完善和系統(tǒng)設(shè)備的逐漸成熟，再加上政府的強(qiáng)力支持，必將在我國(guó)的3G建設(shè)中占重要的一席之地。而能對(duì)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)各個(gè)接口(Iub、Iur、Iu等)進(jìn)行監(jiān)控和仿真的信令測(cè)試儀是TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)。目前TD-SCDMA傳輸網(wǎng)各接口之間的數(shù)據(jù)傳送主要采用IMA協(xié)議和STM-1(甚至更高速率)接口的ATM傳輸。而實(shí)現(xiàn)對(duì)各接口的數(shù)據(jù)采集是TD-SCDMA信令測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。本文主要介紹基于PowerPC的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀中ATM數(shù)據(jù)采集卡的軟件模塊的實(shí)現(xiàn)。
　　
AAL2和AAL5的分段與重組

ATM信元是ATM傳送信息的基本載體，采用固定長(zhǎng)度的信元格式，只有53字節(jié)，其中5個(gè)字節(jié)為信頭，其余的48個(gè)字節(jié)為信元凈荷。信元頭有2種格式：用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口UNI和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口NNI，具體格式如圖1所示。圖1中，GFC為一般流量控制，4bit。只用于UNI接口，目前置為“0000”，將來(lái)可能用于流量控制；VPI為虛通道標(biāo)識(shí)，其中NNI為12bit，UNI為8bit；VCI為虛通路標(biāo)識(shí)，16bit，標(biāo)識(shí)虛通道內(nèi)的虛通路，VCI與VPI組合起來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)虛連接；PTI為凈荷類(lèi)型指示，3bit，用來(lái)指示信元類(lèi)型；CLP為信元丟失優(yōu)先級(jí)，1bit。用于信元丟失級(jí)別的區(qū)別，CLP是1，表示該信元為低優(yōu)先級(jí)；HEC為信頭差錯(cuò)控制，8bit，監(jiān)測(cè)出有錯(cuò)誤的信頭，可以糾正信頭中1比特的錯(cuò)誤。HEC還被用于信元定界[1]。

圖1 ATM信元頭格式

ATM適配層AAL主要負(fù)責(zé)ATM層與高層之間的信元轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。從上層收到轉(zhuǎn)發(fā)信息后，AAL將數(shù)據(jù)分割成信元；從ATM層收到轉(zhuǎn)發(fā)信息后，AAL必須重新集合負(fù)載形成一個(gè)上層能夠辨識(shí)的格式。上述操作稱(chēng)之為分段與重組SAR，它是AAL的主要任務(wù)。不同的AAL支持不同的流量或服務(wù)類(lèi)型。下面介紹在TD－SCDMA中采用的AAL2和AAL5的信元格式及它們的分段與重組。[2]

AAL2的分段與重組

AAL2適用于傳輸?shù)退俾收Z(yǔ)音流量。AAL2又被分為通用部分子層(CPS，Common Part Sublayer)和服務(wù)特定會(huì)聚子層(SSCS，Service Specific Convergence Sublayer)。圖2給出了CPS包的格式。其中CID：信道標(biāo)識(shí)，CPS-PH中的CID可方便CPS-PP判別在VCC中的狀況，它有8個(gè)位元，共255個(gè)取值，但只有248個(gè)CID保留給使用者；LI：長(zhǎng)度指示器。數(shù)據(jù)包有效載荷的長(zhǎng)度與每個(gè)獨(dú)立用戶(hù)相關(guān)聯(lián)，值小于有效載荷且具有一個(gè)45字節(jié)(可能設(shè)置為64字節(jié))的缺省值，它指的是封包載乘的長(zhǎng)度 (CPS-PP)，當(dāng)它為零時(shí)，則表示長(zhǎng)度為1byte，因此CPS-PP 至少為1byte；UUI：用戶(hù)對(duì)用戶(hù)指示，提供 CPS 和一個(gè)適當(dāng)?shù)腟SCS間的鏈路，以滿足高層應(yīng)用程序要求；HEC：信頭錯(cuò)誤控制。多個(gè)CPS包就組成了CPS－PDU，多個(gè)CPS－PDU就組成了SSSAR－PDU，多個(gè)SSSAR－PDU就組成了一個(gè)SSSAR－SDU。圖3給出了AAL2的數(shù)據(jù)單元的分段與重組情況。

圖2  AAL2的CPS包格式

圖3  AAL2的分段與重組

AAL5的分段與重組

AAL5是簡(jiǎn)單且有效的AAL(SEAL)，基本上用于數(shù)據(jù)流量問(wèn)題上。它不包含Per-Cell長(zhǎng)度或Per-Cell CRC字段。圖4給出了AAL5的數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)。CPCS－PDU Payload：可變長(zhǎng)用戶(hù)信息字段；PAD：間隙，長(zhǎng)度在0到47字節(jié)之間；UU：CPCS用戶(hù)對(duì)用戶(hù)指示；CPI—通用部分指示；Length：長(zhǎng)度指示器。

圖4  AAL5的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單元

AAL5的重組和AAL2很相似，就是把SAR－PDU進(jìn)行合并，成為一個(gè)CPCS－SDU的凈荷。唯一不同的是在AAL5中不含有CID號(hào)，所以它的重組要比AAL2簡(jiǎn)單。圖5示出AAL5的數(shù)據(jù)單元的分段與重組情況。

圖5  AAL5的分段與重組[4]

ATM數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)處理流程

網(wǎng)絡(luò)處理器是一種可編程器件，通常由若干微碼處理器和硬件協(xié)處理器組成，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活性和高性能的有機(jī)結(jié)合。摩托羅拉公司(編者注：現(xiàn)為Freescale)的PowerPC是一塊功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)處理器，由G2_LE Core、通信處理模塊(CPM)構(gòu)成一個(gè)雙核處理器。在本設(shè)計(jì)中，我們主要用它來(lái)實(shí)現(xiàn)ATM協(xié)議，完成ATM信元的分組與重組功能。具體的數(shù)據(jù)流程如圖6所示。

圖6  STM-1數(shù)據(jù)流程框圖

ATM數(shù)據(jù)采集卡的軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)，消息體被劃分成一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ATM信元，封裝成STM-1幀傳送；接收時(shí)必須從STM-1幀中取出標(biāo)準(zhǔn)的ATM信元，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，還原出具體的消息。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，主要工作由PowerPC處理器運(yùn)行固化在數(shù)據(jù)采集卡上的軟件模塊實(shí)現(xiàn)。軟件模塊由四個(gè)部分組成：初始化模塊、地址映射模塊、接收控制模塊、激活模塊組成。

初始化模塊

初始化模塊完成PowerPC的參數(shù)RAM的配置、FCC相應(yīng)寄存器的配置和中斷隊(duì)列的初始化，使整個(gè)系統(tǒng)維持在一種待機(jī)狀態(tài)，其配置流程如圖7所示。

圖7 初始化模塊

地址映射模塊

地址映射模塊負(fù)責(zé)把來(lái)自不同的VPI/VCI組合的ATM信元放置到SDRAM的不同位置。圖8給出了地址映射的處理機(jī)制，地址映射的流程如下：

A.利用VPI、VP_MASK得到VPpointer，此值用于此VPI在VPT表格中的索引；

B.根據(jù)VPT_BASE＋VPpointer×4得到此VPI在VPT表中的位置，在相應(yīng)域?qū)懭?ldquo;VC_MASK”和“VCOFFSET”。其中VC_MASK由自己定義，VCOFFSET的值由公式“VCOFFSET(n+1) = VCOFFSETn + 2(number of ones in VC_MASKn)”計(jì)算；

C.利用VPT表格中的VC_MASK與接收到的VCI可以得到VCpointer，然后與B相似，利用此VCT_BASE＋VCpointer×4來(lái)定位此VCI在此VCT表格中位置；

D.根據(jù)C中得到的地址，在相關(guān)域填上“MS、Ch Code”。其中MS表示匹配狀態(tài)，MS＝0表示匹配。對(duì)接收來(lái)說(shuō)，相應(yīng)的VPT和VCT表格要先做好，如果接收的信元頭剛好是這對(duì)VPI/VCI,那么就可以得到MS＝0的標(biāo)志，從而查出為此對(duì)VPI/VCI分配的信道號(hào)“Ch Code”，然后就根據(jù)圖4的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收處理；否則就會(huì)把此信元丟棄。

圖8 地址映射機(jī)制

接收控制模塊

在接收模塊中，系統(tǒng)首先把接收到的一個(gè)ATM信元分成兩個(gè)部分：信元頭和凈荷；然后根據(jù)圖8所示的地址映射機(jī)制，利用信元頭中的VPI查找VPT表，隨后再利用VCI查找VCT表，從中取出信道號(hào)Ch Code；根據(jù)此信道號(hào)作為索引，找到相應(yīng)的RCT(接收連接表格)進(jìn)行參數(shù)的配置，在RCT表格中需要定義出AAL的類(lèi)型，AAL2要比AAL5多一個(gè)CID映射表和RxQD表格的查找，用以區(qū)別是CPS還是SSSAR；然后根據(jù)里面的地址域找到對(duì)應(yīng)的RxBD(接收緩沖描述符)并初始化相應(yīng)域；最后根據(jù)RxBD里的數(shù)據(jù)接收地址域完成數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)區(qū)的初始化，接收到的信元凈荷就放置到此區(qū)域，當(dāng)激活模塊執(zhí)行后，CPM就根據(jù)接收控制模塊的配置，完成不同適配層的數(shù)據(jù)重組，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。具體流程如圖9所示。

圖9  數(shù)據(jù)接收模塊

激活模塊

激活模塊就是系統(tǒng)向CPM發(fā)送“CPCR”命令，使所有初始化模塊配置的參數(shù)生效，啟動(dòng)接收。系統(tǒng)根據(jù)地址映射和接收配置模塊的設(shè)置把接收到的數(shù)據(jù)放到相應(yīng)的位置，通過(guò)中斷的方式(中斷處理機(jī)制如圖10)進(jìn)行數(shù)據(jù)的自定義重組，為每個(gè)消息體加上自定義頭，成為一條自定義幀(其格式如圖11所示)，通過(guò)PCI中斷，以DMA方式把數(shù)據(jù)傳遞到上層。

圖10  中斷處理機(jī)制

圖11 自定義幀格式

結(jié)語(yǔ)

TD-SCDMA是我國(guó)自主提出的3G標(biāo)準(zhǔn)，也是我國(guó)3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個(gè)重點(diǎn)考慮的標(biāo)準(zhǔn)。目前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面還有很多工作要做。研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀，完善TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈，必將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。本文提出的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)現(xiàn)方案已經(jīng)成功的對(duì)ATM不同適配層的信元進(jìn)行了正確的接收重組和組裝發(fā)送。基于本方案的數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)對(duì)物理層處理電路的修改可以方便的實(shí)現(xiàn)ATM IMA數(shù)據(jù)的采集，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：
1. ITU-T Rec. I.361 B-ISDN ATM LAYER SPECIFICATION,  Feb. 1999 : 7-14
2. 吳伶錫、黃芝平等，“The data——gathering design and realization based on UTOPIA”. Journal of Xiangtan Normal University(Natural Science Edition). VoI．26 No．3 Sep．2004
3. 廖鷹，基于AAL5的ATM與IP高速互通接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)工程，第31卷，第4期， 2005年2月
4. Veitch PA., Johnson D, Hawker  I. Design of resilient core ATM networks[J].GLOBECOM '97., IEEE , Volume 3, 3-8 Nov. 1997:1450 - 1454