TD-SCDMA網(wǎng)絡測試儀中E1數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序設(shè)計

0、引言

　　近年來TD-SCDMA一直是通信行業(yè)關(guān)注的一個焦點，為了進一步支持TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)化進展，國家對當前TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各個環(huán)節(jié)給予支持[1]。我國正大力開發(fā)TD-SCDMA第三代移動通信（3G）系統(tǒng)，即將大規(guī)模組建3G網(wǎng)絡，然而卻沒有所必需的實驗研發(fā)、建網(wǎng)和運行測試設(shè)備，在國際上傳統(tǒng)通信測試儀表廠商也只推出了基于CD-MA2000和WCDMA 2種標準的測試儀表。針對這樣的情況，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA移動通信網(wǎng)絡測試儀，完善TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈，形成系列產(chǎn)品并推向市場，必將產(chǎn)生巨大的社會效益及經(jīng)濟效益。該測試儀主要測試的接口包括Iub，Iur，IuCS，IuPS，Nc，Nb，C/D/E/G/Gr/MSCS-SCP，Gn/Gp，Gi等[2-4]，主要實現(xiàn)協(xié)議分析（解碼）、呼叫跟蹤、業(yè)務統(tǒng)計及分析、網(wǎng)絡異常分析、網(wǎng)絡分析和優(yōu)化、協(xié)議仿真等功能，采用工控機結(jié)構(gòu)，多鏈路、多通道的硬件由多個基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡（規(guī)程板）組成。E1數(shù)據(jù)采集卡是其中的一個PCI數(shù)據(jù)采集卡，它采集的2M信令用于網(wǎng)絡的實時維護和管理，是TD-SCDMA網(wǎng)絡系統(tǒng)中非常重要的一部分。

1、E1數(shù)據(jù)采集卡的實現(xiàn)

　　E1數(shù)據(jù)采集卡從E1線上采集信令消息（包括七號信令等），用以監(jiān)視和仿真整個通話流程。控制流程如圖1所示，PCI接口芯片（HDLC控制器）是一個多功能設(shè)備，包括一個網(wǎng)絡控制器和一個PCI橋設(shè)備（EBUS）。網(wǎng)絡控制器完成時隙映射和DMA傳輸?shù)裙δ埽籔CI橋設(shè)備完成選通和配置成幀器，其中成幀器的選通用一個CPLD來完成。信令信號在成幀器成幀后，經(jīng)過HDLC控制器以DMA方式送入到PC緩沖區(qū)，用戶依據(jù)接口函數(shù)到緩沖區(qū)讀取信令數(shù)據(jù)并進行分析，數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖1　E1數(shù)據(jù)采集卡控制流程圖

Fig.1 E1 data acquisition card control flow chart

圖2　E1數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)流程圖

Fig.2 E1 data acquisition card data flow chart

2、E1數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動設(shè)計

　　2.1　開發(fā)環(huán)境設(shè)置

　　在開發(fā)驅(qū)動前，首先要對開發(fā)、編譯環(huán)境進行設(shè)置。WDM驅(qū)動程序開發(fā)環(huán)境及在Windows XP/Windows2000下編寫驅(qū)動程序的環(huán)境被稱為DDK　For WindowsXP/Windows2000或WindowsXP/Windows2000 DDK。DDK是一個命令行下的工作環(huán)境。在安裝DDK前需要先安裝Microsoft Visual C++和Win32 SDK（可選），安裝DDK成功后，一定要在控制面板“系統(tǒng)”屬性的“高級”標簽環(huán)境變量編輯器中設(shè)置好這個環(huán)境變量。對驅(qū)動程序的編譯可以通過設(shè)置VC++的項目設(shè)置，在VC環(huán)境中直接編譯驅(qū)動程序，但改變設(shè)置的工作較繁瑣且易出錯，因此“DDKbuild.exe”編譯聯(lián)接器是構(gòu)造驅(qū)動程序的主要工具。“DDKbuild.exe”從配置文件Sources中讀出待編譯的程序的配置，包括源文件、目標文件等，從環(huán)境變量Include中得到引用文件的地址，然后調(diào)用Visual C++的編譯聯(lián)接器“Nmake.exe”進行實際的編譯聯(lián)接工作。另外，build編譯聯(lián)接器還可以通過查看DIRS文件中的偽指令，確定要編譯的驅(qū)動程序目錄列表。日志文件build.log，build.wrn，build.err中分別記錄了編譯聯(lián)接中執(zhí)行的命令行、遇到的錯誤和警告。編譯完成后的文件后綴為“.sys”。

　　2.2　驅(qū)動框架設(shè)計

　　驅(qū)動程序在初始化過程中，利用期間識別號（DID）、廠商識別號（VID）和檢索號（Index）搜索PCI器件，通過調(diào)用PCI BIOS確認其存在，然后利用總線號、器件號、功能號和尋址設(shè)備的PCI配置空間（Configuration Space），獲得該設(shè)備的參數(shù)。這部分可以由DRIVERWORKS的向?qū)riverWizard來完成。

　　DriverWizard為設(shè)計者生成了2個類：一是設(shè)備驅(qū)動程序類，另一個是設(shè)備應用對象類。驅(qū)動程序類主要完成WDM（Windows driver model）的DriverEntry和AddDevice例程；設(shè)備對象類就是與硬件對應的功能設(shè)備對象（FDO）類，與硬件交互的例程都是針對此類的。通過前面驅(qū)動框架設(shè)計的參數(shù)配置，驅(qū)動程序就建立了聯(lián)系，接下來就是驅(qū)動功能設(shè)計。

　　2.3  驅(qū)動功能設(shè)計

　　E1數(shù)據(jù)采集卡底層驅(qū)動程序的2個部分分別對應接口芯片的2個功能設(shè)備：HDLC控制器和成幀器。E1數(shù)據(jù)采集卡的HDLC控制器和成幀器的配置都是驅(qū)動程序通過PCI接口芯片來配置的。

　　HDLC控制器的配置主要完成映射的共享體的配置。共享體用于HDLC寄存器的初配、接收和發(fā)送緩沖區(qū)配置。HDLC控制器為每個信道都建立一個消息鏈表，這樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可以循環(huán)利用。HDLC控制器與成幀器的對應關(guān)系決定于HDLC控制器端口映射方式的設(shè)置。

　　成幀器就是將E1線上的比特流整合成符合規(guī)范的HDLC幀，其中一個標準E1 HDLC幀包括32個時隙，這些時隙可以通過配置映射到HDLC控制器的端口信道上。另外，可以通過時鐘配置實現(xiàn)多對多、多對一的靈活時隙映射。自環(huán)也是成幀器重要的功能之一，可以將發(fā)出的數(shù)據(jù)直接導到接收端，這對早期開發(fā)很重要。成幀器提供3種自環(huán)模式，可以滿足不同階段配置的要求，具體如下。

　?。?）N×64 K模式。在該模式下，E1數(shù)據(jù)采集卡通過成幀器耦合，將數(shù)據(jù)導入到一個HDLC控制器端口，這樣提供的8個E1接口都可用作接收數(shù)據(jù)。另外，用戶可以根據(jù)需要和當前數(shù)據(jù)量的大小增減時隙配置。

　　（2）2 M模式。在該模式下，E1數(shù)據(jù)采集卡將4個成幀器與4個HDLC完全對應，最大數(shù)據(jù)量達2 Mbit/s。

　?。?）N×8 K模式。該模式是為某些特殊情況設(shè)計的。在有些網(wǎng)絡中，七號信令可能只走一個HDLC幀中一個時隙的一個或幾個比特。在這種情況下，只將該時隙的對應比特位映射到HDLC端口中，獲取準確信息。

　　借助于驅(qū)動的I/O接口函數(shù)，用戶可以通過API或MFC配置下層驅(qū)動。另外，為滿足用戶對信令消息的特定要求，驅(qū)動提供了控制消息長度的接口函數(shù)，用戶可以隨意采集指定長度的消息數(shù)據(jù)，便于特定檢測。

　　卡間同步?jīng)Q定了網(wǎng)絡測試儀實時檢測性能和仿真性能，是TD-SCDMA網(wǎng)絡測試儀的主要技術(shù)之一。2 M卡解決了時鐘同步問題，可實現(xiàn)一機多卡，為大型網(wǎng)絡節(jié)點的繁重數(shù)據(jù)量采集提供升級參考。

3、E1數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動實現(xiàn)

　　E1數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序采用WDM結(jié)構(gòu)，程序具體模塊分析如圖3所示。

圖3　設(shè)備驅(qū)動程序的組成示意圖

Fig.3 Component of device driver

　　3.1　驅(qū)動程序入口點和回調(diào)例程

　　驅(qū)動程序有一個主要的初始化入口點——DriverEntry，當驅(qū)動被裝載時，內(nèi)核就調(diào)用DriverEntry例程。在DriverEntry里，有回調(diào)例程供內(nèi)核調(diào)用，這些例程是驅(qū)動的實現(xiàn)主體。內(nèi)核通過發(fā)送I/O請求包（IRP）來運行驅(qū)動程序中的這些例程。驅(qū)動程序入口點和回調(diào)例程功能列表如表1所示。

表1　驅(qū)動程序入口點和回調(diào)例程

Tab.1 Driver entry pointer and callback routine

　　3.2　IRP分發(fā)例程

　　“創(chuàng)建”、“關(guān)閉”、“讀”、“寫”、“CTL碼”處理的例程就叫分發(fā)例程，在本驅(qū)動中，用來產(chǎn)生IRP，IRP向上向下轉(zhuǎn)發(fā)、傳送數(shù)據(jù)。

　　3.3　創(chuàng)建設(shè)備

　　每個設(shè)備接口都有一個惟一標識的GUID碼（全局惟一標識符），安裝設(shè)備驅(qū)動時，inf將該信息導入到注冊表，形成一個符號鏈接名來表示設(shè)備。這樣，操作系統(tǒng)在設(shè)備安裝后都能夠識別設(shè)備。

　　3.4　資源分配

　　資源包括I/O端口、存儲器空間、中斷和DMA線，這些資源都是由接口提供的。例如，存儲器地址可通過KMemoryRange來找尋。

　　3.5　硬件訪問

　　對硬件的訪問包括IRP串行處理例程StartIo，StartIo例程可以防止程序的不同部分同時訪問相同資源所引起的沖突，在E1數(shù)據(jù)采集卡中，StartIo例程負責上行處理接收的數(shù)據(jù)和下行的命令以及發(fā)送數(shù)據(jù)，StartIo可控性很強，能滿足采集卡對高速數(shù)據(jù)采集的要求，具體程序如下。

　　3.6　中斷處理

　　中斷例程運行級別很高，windows為了保護操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性，禁止驅(qū)動程序調(diào)用內(nèi)核函數(shù)。例如，中斷程序如果想完成IRP操作，必須要調(diào)用DPC例程:m_DpcFor_Irq.Setup（LinkTo（DpcFor_Irq），this）。

　　3.7　驅(qū)動卸載

　　驅(qū)動卸載調(diào)用Pnp的IRP_MN_STOP_DE-VICE，所有申請內(nèi)存和中斷必須釋放，指針置空，例程如下：

　　3.8　測試結(jié)果

　　圖4給出了E1數(shù)據(jù)采集卡采集的測試結(jié)果，從中可看到E1線采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過驅(qū)動打標后，被送到了上層測試程序，具有多線路、多業(yè)務、實時性等優(yōu)點，滿足了設(shè)計要求。另外，板卡經(jīng)過了超過24小時的大數(shù)據(jù)量壓力測試，測試效果良好。

圖4　E1數(shù)據(jù)采集卡采集測試結(jié)果

Fig.4 E1 data acquisition card testing result

4、結(jié)束語

　　利用E1數(shù)據(jù)采集卡可以實時監(jiān)測通信鏈路的建立、傳輸、停止等過程，并且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(wǎng)絡設(shè)計風險。經(jīng)多次測試證明，E1數(shù)據(jù)采集卡完全可以應用于TD-SCDMA網(wǎng)絡測試。該測試卡驅(qū)動代碼運行穩(wěn)定高效，功能模塊明晰，可以實時升級，以滿足不同用戶功能需求。

　　參考文獻

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