TD-SCDMA網(wǎng)絡測試儀的ATM數(shù)據(jù)采集卡的實現(xiàn)

摘要： 本文介紹了TD-SCDMA信令測試儀中基于PowerPC網(wǎng)絡處理器的ATM數(shù)據(jù)采集卡的實現(xiàn)方案，主要分析了ATM數(shù)據(jù)采集軟件的各個模塊，詳細說明了數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)處理流程。實際使用表明，本文提出的數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)成功的對ATM不同適配層的信元進行了正確的接收重組和組裝發(fā)送，具有很大的實用價值。
關鍵詞： TD-SCDMA；網(wǎng)絡測試儀；ATM數(shù)據(jù)采集卡；數(shù)據(jù)處理流程

引言

我國自主提出的TD-SCDMA標準隨著標準的完善和系統(tǒng)設備的逐漸成熟，再加上政府的強力支持，必將在我國的3G建設中占重要的一席之地。而能對TD-SCDMA網(wǎng)絡各個接口(Iub、Iur、Iu等)進行監(jiān)控和仿真的信令測試儀是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。而實現(xiàn)對各接口的數(shù)據(jù)采集是TD-SCDMA信令測試儀實現(xiàn)的重要基礎。本文主要介紹基于PowerPC的TD-SCDMA網(wǎng)絡測試儀中ATM數(shù)據(jù)采集卡的軟件模塊的實現(xiàn)。
　　
AAL2和AAL5的分段與重組

ATM信元是ATM傳送信息的基本載體，采用固定長度的信元格式，只有53字節(jié)，其中5個字節(jié)為信頭，其余的48個字節(jié)為信元凈荷。信元頭有2種格式：用戶網(wǎng)絡接口UNI和網(wǎng)絡節(jié)點接口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”，將來可能用于流量控制；VPI為虛通道標識，其中NNI為12bit，UNI為8bit；VCI為虛通路標識，16bit，標識虛通道內(nèi)的虛通路，VCI與VPI組合起來標識一個虛連接；PTI為凈荷類型指示，3bit，用來指示信元類型；CLP為信元丟失優(yōu)先級，1bit。用于信元丟失級別的區(qū)別，CLP是1，表示該信元為低優(yōu)先級；HEC為信頭差錯控制，8bit，監(jiān)測出有錯誤的信頭，可以糾正信頭中1比特的錯誤。HEC還被用于信元定界[1]。

圖1 ATM信元頭格式

ATM適配層AAL主要負責ATM層與高層之間的信元轉(zhuǎn)發(fā)過程。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必須重新集合負載形成一個上層能夠辨識的格式。上述操作稱之為分段與重組SAR，它是AAL的主要任務。不同的AAL支持不同的流量或服務類型。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音流量。AAL2又被分為通用部分子層(CPS，Common Part Sublayer)和服務特定會聚子層(SSCS，Service Specific Convergence Sublayer)。圖2給出了CPS包的格式。其中CID：信道標識，CPS-PH中的CID可方便CPS-PP判別在VCC中的狀況，它有8個位元，共255個取值，但只有248個CID保留給使用者；LI：長度指示器。數(shù)據(jù)包有效載荷的長度與每個獨立用戶相關聯(lián)，值小于有效載荷且具有一個45字節(jié)(可能設置為64字節(jié))的缺省值，它指的是封包載乘的長度 (CPS-PP)，當它為零時，則表示長度為1byte，因此CPS-PP 至少為1byte；UUI：用戶對用戶指示，提供 CPS 和一個適當?shù)腟SCS間的鏈路，以滿足高層應用程序要求；HEC：信頭錯誤控制。多個CPS包就組成了CPS－PDU，多個CPS－PDU就組成了SSSAR－PDU，多個SSSAR－PDU就組成了一個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是簡單且有效的AAL(SEAL)，基本上用于數(shù)據(jù)流量問題上。它不包含Per-Cell長度或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：可變長用戶信息字段；PAD：間隙，長度在0到47字節(jié)之間；UU：CPCS用戶對用戶指示；CPI—通用部分指示；Length：長度指示器。

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進行合并，成為一個CPCS－SDU的凈荷。唯一不同的是在AAL5中不含有CID號，所以它的重組要比AAL2簡單。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，可實現(xiàn)業(yè)務靈活性和高性能的有機結(jié)合。摩托羅拉公司(編者注：現(xiàn)為Freescale)的PowerPC是一塊功能強大的網(wǎng)絡處理器，由G2_LE Core、通信處理模塊(CPM)構(gòu)成一個雙核處理器。在本設計中，我們主要用它來實現(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)采集卡的軟件設計

數(shù)據(jù)在發(fā)送時，消息體被劃分成一個個標準的ATM信元，封裝成STM-1幀傳送；接收時必須從STM-1幀中取出標準的ATM信元，對數(shù)據(jù)進行重組，還原出具體的消息。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，主要工作由PowerPC處理器運行固化在數(shù)據(jù)采集卡上的軟件模塊實現(xiàn)。軟件模塊由四個部分組成：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相應寄存器的配置和中斷隊列的初始化，使整個系統(tǒng)維持在一種待機狀態(tài)，其配置流程如圖7所示。

圖7 初始化模塊

地址映射模塊

地址映射模塊負責把來自不同的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，在相應域?qū)懭搿癡C_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，在相關域填上“MS、Ch Code”。其中MS表示匹配狀態(tài)，MS＝0表示匹配。對接收來說，相應的VPT和VCT表格要先做好，如果接收的信元頭剛好是這對VPI/VCI,那么就可以得到MS＝0的標志，從而查出為此對VPI/VCI分配的信道號“Ch Code”，然后就根據(jù)圖4的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的接收處理；否則就會把此信元丟棄。

圖8 地址映射機制

接收控制模塊

在接收模塊中，系統(tǒng)首先把接收到的一個ATM信元分成兩個部分：信元頭和凈荷；然后根據(jù)圖8所示的地址映射機制，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Ch Code；根據(jù)此信道號作為索引，找到相應的RCT(接收連接表格)進行參數(shù)的配置，在RCT表格中需要定義出AAL的類型，AAL2要比AAL5多一個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應的RxBD(接收緩沖描述符)并初始化相應域；最后根據(jù)RxBD里的數(shù)據(jù)接收地址域完成數(shù)據(jù)接收存儲區(qū)的初始化，接收到的信元凈荷就放置到此區(qū)域，當激活模塊執(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，啟動接收。系統(tǒng)根據(jù)地址映射和接收配置模塊的設置把接收到的數(shù)據(jù)放到相應的位置，通過中斷的方式(中斷處理機制如圖10)進行數(shù)據(jù)的自定義重組，為每個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PCI中斷，以DMA方式把數(shù)據(jù)傳遞到上層。

圖10  中斷處理機制

圖11 自定義幀格式

結(jié)語

TD-SCDMA是我國自主提出的3G標準，也是我國3G網(wǎng)絡建設的一個重點考慮的標準。目前TD-SCDMA網(wǎng)絡建設方面還有很多工作要做。研制出具有自主知識產(chǎn)權的TD-SCDMA網(wǎng)絡測試儀，完善TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈，必將產(chǎn)生巨大的社會效益及經(jīng)濟效益。本文提出的TD-SCDMA網(wǎng)絡測試儀數(shù)據(jù)采集卡的實現(xiàn)方案已經(jīng)成功的對ATM不同適配層的信元進行了正確的接收重組和組裝發(fā)送?；诒痉桨傅?strong>數(shù)據(jù)采集卡通過對物理層處理電路的修改可以方便的實現(xiàn)ATM IMA數(shù)據(jù)的采集，具有很大的實用價值。

參考文獻：
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高速互通接口的設計與實現(xiàn)，計算機工程，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