TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )測試儀的ATM數據采集卡的實(shí)現

引言

我國自主提出的TD-SCDMA標準隨著(zhù)標準的完善和系統設備的逐漸成熟，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(luò )各個(gè)接口(Iub、Iur、Iu等)進(jìn)行監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)各接口之間的數據傳送主要采用IMA協(xié)議和STM-1(甚至更高速率)接口的ATM傳輸。而實(shí)現對各接口的數據采集是TD-SCDMA信令測試儀實(shí)現的重要基礎。本文主要介紹基于PowerPC的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )測試儀中ATM數據采集卡的軟件模塊的實(shí)現。
　　
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(cháng)度的信元格式，只有53字節，其中5個(gè)字節為信頭，其余的48個(gè)字節為信元凈荷。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為虛通道標識，其中NNI為12bit，UNI為8bit；VCI為虛通路標識，16bit，標識虛通道內的虛通路，VCI與VPI組合起來(lái)標識一個(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，1bit。用于信元丟失級別的區別，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發(fā)過(guò)程。從上層收到轉發(fā)信息后，AAL將數據分割成信元；從ATM層收到轉發(fā)信息后，AAL必須重新集合負載形成一個(gè)上層能夠辨識的格式。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適用于傳輸低速率語(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：信道標識，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(cháng)度指示器。數據包有效載荷的長(cháng)度與每個(gè)獨立用戶(hù)相關(guān)聯(lián)，值小于有效載荷且具有一個(gè)45字節(可能設置為64字節)的缺省值，它指的是封包載乘的長(cháng)度 (CPS-PP)，當它為零時(shí)，則表示長(cháng)度為1byte，因此CPS-PP 至少為1byte；UUI：用戶(hù)對用戶(hù)指示，提供 CPS 和一個(gè)適當的SSCS間的鏈路，以滿(mǎn)足高層應用程序要求；HEC：信頭錯誤控制。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的數據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)，基本上用于數據流量問(wèn)題上。它不包含Per-Cell長(cháng)度或Per-Cell CRC字段。圖4給出了AAL5的數據單元結構。CPCS－PDU Payload：可變長(cháng)用戶(hù)信息字段；PAD：間隙，長(cháng)度在0到47字節之間；UU：CPCS用戶(hù)對用戶(hù)指示；CPI—通用部分指示；Length：長(cháng)度指示器。

圖4  AAL5的數據結構單元

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A(yíng)AL5中不含有CID號，所以它的重組要比AAL2簡(jiǎn)單。圖5示出AAL5的數據單元的分段與重組情況。

圖5  AAL5的分段與重組[4]

ATM數據采集卡的數據處理流程

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)現業(yè)務(wù)靈活性和高性能的有機結合。摩托羅拉公司(編者注：現為Freescale)的PowerPC是一塊功能強大的網(wǎng)絡(luò )處理器，由G2_LE Core、通信處理模塊(CPM)構成一個(gè)雙核處理器。在本設計中，我們主要用它來(lái)實(shí)現ATM協(xié)議，完成ATM信元的分組與重組功能。具體的數據流程如圖6所示。

圖6  STM-1數據流程框圖

ATM數據采集卡的軟件設計

數據在發(fā)送時(shí)，消息體被劃分成一個(gè)個(gè)標準的ATM信元，封裝成STM-1幀傳送；接收時(shí)必須從STM-1幀中取出標準的ATM信元，對數據進(jìn)行重組，還原出具體的消息。為了實(shí)現數據的采集，主要工作由PowerPC處理器運行固化在數據采集卡上的軟件模塊實(shí)現。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(gè)系統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(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VPT_BASE＋VPpointer×4得到此VPI在VPT表中的位置，在相應域寫(xiě)入“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。對接收來(lái)說(shuō)，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”，然后就根據圖4的數據結構進(jìn)行數據的接收處理；否則就會(huì )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；根據此信道號作為索引，找到相應的RCT(接收連接表格)進(jìn)行參數的配置，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，用以區別是CPS還是SSSAR；然后根據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RxBD里的數據接收地址域完成數據接收存儲區的初始化，接收到的信元凈荷就放置到此區域，當激活模塊執行后，CPM就根據接收控制模塊的配置，完成不同適配層的數據重組，從而實(shí)現數據的接收。具體流程如圖9所示。

圖9  數據接收模塊

激活模塊

激活模塊就是系統向CPM發(fā)送“CPCR”命令，使所有初始化模塊配置的參數生效，啟動(dòng)接收。系統根據地址映射和接收配置模塊的設置把接收到的數據放到相應的位置，通過(guò)中斷的方式(中斷處理機制如圖10)進(jìn)行數據的自定義重組，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方式把數據傳遞到上層。

圖10  中斷處理機制

圖11 自定義幀格式

結語(yǔ)

TD-SCDMA是我國自主提出的3G標準，也是我國3G網(wǎng)絡(luò )建設的一個(gè)重點(diǎn)考慮的標準。目前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )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(luò )測試儀，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)濟效益。本文提出的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )測試儀數據采集卡的實(shí)現方案已經(jīng)成功的對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?；诒痉桨傅臄祿杉ㄍㄟ^(guò)對物理層處理電路的修改可以方便的實(shí)現ATM IMA數據的采集，具有很大的實(shí)用價(jià)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A(yíng)AL5的ATM與IP高速互通接口的設計與實(shí)現，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