TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )測試儀中E1數據采集卡的驅動(dòng)程序設計

0、引言

　　近年來(lái)TD-SCDMA一直是通信行業(yè)關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，為了進(jìn)一步支持TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，國家對當前TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各個(gè)環(huán)節給予支持[1]。我國正大力開(kāi)發(fā)TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信（3G）系統，即將大規模組建3G網(wǎng)絡(luò )，然而卻沒(méi)有所必需的實(shí)驗研發(fā)、建網(wǎng)和運行測試設備，在國際上傳統通信測試儀表廠(chǎng)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)權的TD-SCDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )測試儀，完善TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈，形成系列產(chǎn)品并推向市場(chǎng)，必將產(chǎn)生巨大的社會(huì )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(shí)現協(xié)議分析（解碼）、呼叫跟蹤、業(yè)務(wù)統計及分析、網(wǎng)絡(luò )異常分析、網(wǎng)絡(luò )分析和優(yōu)化、協(xié)議仿真等功能，采用工控機結構，多鏈路、多通道的硬件由多個(gè)基于PCI總線(xiàn)的數據采集卡（規程板）組成。E1數據采集卡是其中的一個(gè)PCI數據采集卡，它采集的2M信令用于網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)維護和管理，是TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )系統中非常重要的一部分。

1、E1數據采集卡的實(shí)現

　　E1數據采集卡從E1線(xiàn)上采集信令消息（包括七號信令等），用以監視和仿真整個(gè)通話(huà)流程?？刂屏鞒倘鐖D1所示，PCI接口芯片（HDLC控制器）是一個(gè)多功能設備，包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò )控制器和一個(gè)PCI橋設備（EBUS）。網(wǎng)絡(luò )控制器完成時(shí)隙映射和DMA傳輸等功能；PCI橋設備完成選通和配置成幀器，其中成幀器的選通用一個(gè)CPLD來(lái)完成。信令信號在成幀器成幀后，經(jīng)過(guò)HDLC控制器以DMA方式送入到PC緩沖區，用戶(hù)依據接口函數到緩沖區讀取信令數據并進(jìn)行分析，數據流程如圖2所示。

圖1　E1數據采集卡控制流程圖

Fig.1 E1 data acquisition card control flow chart

圖2　E1數據采集卡數據流程圖

Fig.2 E1 data acquisition card data flow chart

2、E1數據采集卡的驅動(dòng)設計

　　2.1　開(kāi)發(fā)環(huán)境設置

　　在開(kāi)發(fā)驅動(dòng)前，首先要對開(kāi)發(fā)、編譯環(huán)境進(jìn)行設置。WDM驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境及在Windows XP/Windows2000下編寫(xiě)驅動(dòng)程序的環(huán)境被稱(chēng)為DDK　For WindowsXP/Windows2000或WindowsXP/Windows2000 DDK。DDK是一個(gè)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”屬性的“高級”標簽環(huán)境變量編輯器中設置好這個(gè)環(huán)境變量。對驅動(dòng)程序的編譯可以通過(guò)設置VC++的項目設置，在VC環(huán)境中直接編譯驅動(dòng)程序，但改變設置的工作較繁瑣且易出錯，因此“DDKbuild.exe”編譯聯(lián)接器是構造驅動(dòng)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，然后調用Visual C++的編譯聯(lián)接器“Nmake.exe”進(jìn)行實(shí)際的編譯聯(lián)接工作。另外，build編譯聯(lián)接器還可以通過(guò)查看DIRS文件中的偽指令，確定要編譯的驅動(dòng)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　驅動(dòng)框架設計

　　驅動(dòng)程序在初始化過(guò)程中，利用期間識別號（DID）、廠(chǎng)商識別號（VID）和檢索號（Index）搜索PCI器件，通過(guò)調用PCI BIOS確認其存在，然后利用總線(xiàn)號、器件號、功能號和尋址設備的PCI配置空間（Configuration Space），獲得該設備的參數。這部分可以由DRIVERWORKS的向導DriverWizard來(lái)完成。

　　DriverWizard為設計者生成了2個(gè)類(lèi)：一是設備驅動(dòng)程序類(lèi)，另一個(gè)是設備應用對象類(lèi)。驅動(dòng)程序類(lèi)主要完成WDM（Windows driver model）的DriverEntry和AddDevice例程；設備對象類(lèi)就是與硬件對應的功能設備對象（FDO）類(lèi)，與硬件交互的例程都是針對此類(lèi)的。通過(guò)前面驅動(dòng)框架設計的參數配置，驅動(dòng)程序就建立了聯(lián)系，接下來(lái)就是驅動(dòng)功能設計。

　　2.3  驅動(dòng)功能設計

　　E1數據采集卡底層驅動(dòng)程序的2個(gè)部分分別對應接口芯片的2個(gè)功能設備：HDLC控制器和成幀器。E1數據采集卡的HDLC控制器和成幀器的配置都是驅動(dòng)程序通過(guò)PCI接口芯片來(lái)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)送緩沖區配置。HDLC控制器為每個(gè)信道都建立一個(gè)消息鏈表，這樣數據緩沖區可以循環(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置。

　　成幀器就是將E1線(xiàn)上的比特流整合成符合規范的HDLC幀，其中一個(gè)標準E1 HDLC幀包括32個(gè)時(shí)隙，這些時(shí)隙可以通過(guò)配置映射到HDLC控制器的端口信道上。另外，可以通過(guò)時(shí)鐘配置實(shí)現多對多、多對一的靈活時(shí)隙映射。自環(huán)也是成幀器重要的功能之一，可以將發(fā)出的數據直接導到接收端，這對早期開(kāi)發(fā)很重要。成幀器提供3種自環(huán)模式，可以滿(mǎn)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數據采集卡通過(guò)成幀器耦合，將數據導入到一個(gè)HDLC控制器端口，這樣提供的8個(gè)E1接口都可用作接收數據。另外，用戶(hù)可以根據需要和當前數據量的大小增減時(shí)隙配置。

　?。?）2 M模式。在該模式下，E1數據采集卡將4個(gè)成幀器與4個(gè)HDLC完全對應，最大數據量達2 Mbit/s。

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

　　借助于驅動(dòng)的I/O接口函數，用戶(hù)可以通過(guò)API或MFC配置下層驅動(dòng)。另外，為滿(mǎn)足用戶(hù)對信令消息的特定要求，驅動(dòng)提供了控制消息長(cháng)度的接口函數，用戶(hù)可以隨意采集指定長(cháng)度的消息數據，便于特定檢測。

　　卡間同步?jīng)Q定了網(wǎng)絡(luò )測試儀實(shí)時(shí)檢測性能和仿真性能，是TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )測試儀的主要技術(shù)之一。2 M卡解決了時(shí)鐘同步問(wèn)題，可實(shí)現一機多卡，為大型網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的繁重數據量采集提供升級參考。

3、E1數據采集卡的驅動(dòng)實(shí)現

　　E1數據采集卡驅動(dòng)程序采用WDM結構，程序具體模塊分析如圖3所示。

圖3　設備驅動(dòng)程序的組成示意圖

Fig.3 Component of device driver

　　3.1　驅動(dòng)程序入口點(diǎn)和回調例程

　　驅動(dòng)程序有一個(gè)主要的初始化入口點(diǎn)——DriverEntry，當驅動(dòng)被裝載時(shí)，內核就調用DriverEntry例程。在DriverEntry里，有回調例程供內核調用，這些例程是驅動(dòng)的實(shí)現主體。內核通過(guò)發(fā)送I/O請求包（IRP）來(lái)運行驅動(dòng)程序中的這些例程。驅動(dòng)程序入口點(diǎn)和回調例程功能列表如表1所示。

表1　驅動(dòng)程序入口點(diǎn)和回調例程

Tab.1 Driver entry pointer and callback routine

　　3.2　IRP分發(fā)例程

　　“創(chuàng )建”、“關(guān)閉”、“讀”、“寫(xiě)”、“CTL碼”處理的例程就叫分發(fā)例程，在本驅動(dòng)中，用來(lái)產(chǎn)生IRP，IRP向上向下轉發(fā)、傳送數據。

　　3.3　創(chuàng )建設備

　　每個(gè)設備接口都有一個(gè)惟一標識的GUID碼（全局惟一標識符），安裝設備驅動(dòng)時(shí)，inf將該信息導入到注冊表，形成一個(gè)符號鏈接名來(lái)表示設備。這樣，操作系統在設備安裝后都能夠識別設備。

　　3.4　資源分配

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

　　3.5　硬件訪(fǎng)問(wèn)

　　對硬件的訪(fǎng)問(wèn)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(shí)訪(fǎng)問(wèn)相同資源所引起的沖突，在E1數據采集卡中，StartIo例程負責上行處理接收的數據和下行的命令以及發(fā)送數據，StartIo可控性很強，能滿(mǎn)足采集卡對高速數據采集的要求，具體程序如下。

　　3.6　中斷處理

　　中斷例程運行級別很高，windows為了保護操作系統的穩定性，禁止驅動(dòng)程序調用內核函數。例如，中斷程序如果想完成IRP操作，必須要調用DPC例程:m_DpcFor_Irq.Setup（LinkTo（DpcFor_Irq），this）。

　　3.7　驅動(dòng)卸載

　　驅動(dòng)卸載調用Pnp的IRP_MN_STOP_DE-VICE，所有申請內存和中斷必須釋放，指針置空，例程如下：

　　3.8　測試結果

　　圖4給出了E1數據采集卡采集的測試結果，從中可看到E1線(xiàn)采集的數據經(jīng)過(guò)驅動(dòng)打標后，被送到了上層測試程序，具有多線(xiàn)路、多業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足了設計要求。另外，板卡經(jīng)過(guò)了超過(guò)24小時(shí)的大數據量壓力測試，測試效果良好。

圖4　E1數據采集卡采集測試結果

Fig.4 E1 data acquisition card testing result

4、結束語(yǔ)

　　利用E1數據采集卡可以實(shí)時(shí)監測通信鏈路的建立、傳輸、停止等過(guò)程，并且可以通過(guò)該卡的信令發(fā)送功能，實(shí)現業(yè)務(wù)仿真，減小TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )設計風(fēng)險。經(jīng)多次測試證明，E1數據采集卡完全可以應用于TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )測試。該測試卡驅動(dòng)代碼運行穩定高效，功能模塊明晰，可以實(shí)時(shí)升級，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)功能需求。

　　參考文獻

　　[1]　王炎.TD-SCDMA系統測試情況分析[EB/OL].(2005-08-04).http：//www.cttl.com.cn.

　　[2]　李小文，李貴勇，陳賢亮，等.TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統、信令及實(shí)現[M].北京：人民郵電出版社，2003.

　　[3]　李貴山，戚德虎.PCI局部總線(xiàn)開(kāi)發(fā)者指南[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1997.

　　[4]　武安河，邰銘，于洪濤.windows 2000_XP WDM設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.