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信令采集卡的總體設計方案及硬件實(shí)現

2011/04/08

　　由于目前NGN網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)以軟交換為核心并由PSTN網(wǎng)絡(luò )和VoIP網(wǎng)絡(luò )融合在一起的復雜網(wǎng)絡(luò )，多種接口、多種協(xié)議、多媒體并存，PSTN與VoIP設備的兼容性、VoIP網(wǎng)絡(luò )內部不同設備提供商的設備兼容性、網(wǎng)絡(luò )設計性能與實(shí)際部署性能的差異性、語(yǔ)音質(zhì)量的差異性等挑戰都嚴峻地擺在運營(yíng)商面前。于是就要求NGN網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商能夠對其網(wǎng)絡(luò )性能進(jìn)行測試和分析，NGN網(wǎng)絡(luò )測試儀能夠解決這樣的問(wèn)題。

　　本NO.7信令采集卡是基于PCI總線(xiàn)技術(shù)設計的，主要完成的功能為物理層的數據采集和HDLC鏈路控制。本卡根據協(xié)議的選擇主要完成NO.7信令的采集，并把數據送到NGN網(wǎng)絡(luò )測試儀的上層軟件進(jìn)行分析。

NO.7信令采集卡的總體設計方案及硬件實(shí)現

　　NO.7信令采集卡是NGN網(wǎng)絡(luò )測試儀中非常重要的一張數據采集卡。在NGN網(wǎng)絡(luò )測試儀中主要完成的功能為物理層的數據采集和HDLC鏈路控制。為了滿(mǎn)足測試時(shí)數據流量大，方便用戶(hù)使用的要求，本卡的設計采用了自帶標準PCI協(xié)議規范的HDLC控制器（MindSpeed CN8478）、專(zhuān)用的E1成幀器(IDT82P2284)芯片及Windows 2000作為此卡的基本軟硬件構架。此卡的軟件驅動(dòng)基于PCI框架，能夠實(shí)現NO.7信令的快速、穩定采集。圖1為此卡的總體設計方案框圖。

NO.7信令采集卡總體設計框圖

圖1 NO.7信令采集卡總體設計框圖

　　按照NGN網(wǎng)絡(luò )測試儀的總體設計方案，NO.7信令采集卡在測試儀中是以PCI插槽板卡存在的。NO.7信令通過(guò)帶有高阻適配器的E1數據采集線(xiàn)從網(wǎng)絡(luò )上被提取后就送到成幀器芯片IDT82P2284中，數據經(jīng)過(guò)IDT82P2284處理后來(lái)到了CN8478的串口，在CN8478中形成的HDLC幀被送到上層軟件進(jìn)行協(xié)議分析處理。本卡可以實(shí)現16路監測、4路仿真。

　　NO.7信令采集卡在硬件上主要由以下單元組成：HDLC邏輯層MUSYCC（CN8478）、物理層E1成幀器（IDT82P2284）、CPLD邏輯控制器、RJ45網(wǎng)絡(luò )接口、高阻適配器等。本采集卡的硬件設計框圖如圖2所示。

NO.7信令采集卡硬件框圖

圖2 NO.7信令采集卡硬件框圖

芯片資源介紹

　　1.CN8478簡(jiǎn)介

　　CN8478是一個(gè)PCI多功能設備，它包括了以下幾個(gè)部分：一個(gè)主接口Host Interface、8個(gè)串口Serial Interface、1個(gè)擴展總線(xiàn)口Expansion Bus Interface（EBUS）、一個(gè)邊界掃描口Boundary Scan and Test Access。其中，主接口又由四個(gè)部分組成：設備配置寄存器、PCI功能0的配置空間、PCI功能1的配置空間、PCI接口。串口也有四個(gè)組成部分：中斷控制器、DMAC、位級處理器BLP、接收和發(fā)送端口。主接口主要提供CN8478與PC之間的接口，完成設備寄存器配置和PCI功能區配置區間的讀寫(xiě)，串口主要完成主接口和IDT82P2284的數據傳遞，同時(shí)根據需要產(chǎn)生中斷，并報知PC；EBUS接口通過(guò)內置的MPU（微處理器單元）主要完成外圍設備的擴展，這里用來(lái)對IDT82P2284的寄存器讀寫(xiě)以實(shí)現對其進(jìn)行控制；邊界掃描在此系統中不用。圖3為CN8478的PCI接口設計原理圖。
CN8478的PCI接口設計原理圖

圖3 CN8478的PCI接口設計原理圖

　　2.T1/E1收發(fā)成幀器IDT82P2284簡(jiǎn)介

　　IDT82P2284是一個(gè)支持四個(gè)鏈路的T1/E1收發(fā)成幀器，收發(fā)接口數據的傳輸速率支持T1的1.544Mbps或者E1的2.048Mbps。物理線(xiàn)性接口電路恢復來(lái)自電纜的“+3～-43dB”的模擬時(shí)鐘和數據。IDT82P2284由以下幾個(gè)部分組成：微處理器接口（MPU）、接收/發(fā)送線(xiàn)性接口單元（RLIU/TLIU）、邊界掃描（JTAG）。

采集模式簡(jiǎn)介

　　本設計所研制的N0.7信令采集卡可以實(shí)現兩種模式的采集，即N×64K和高速2M。

　　在N×64K采集模式下，可對PHY層的IDT82P2284進(jìn)行控制使其工作在復用模式，讓成幀器芯片上的四條E1鏈路合成一路后送到CN8478的一個(gè)串口，這時(shí)IDT82P2284和串口時(shí)鐘為 8.192MHz，由板卡上的專(zhuān)用時(shí)鐘芯片提供。在N×64K的采集模式下可實(shí)現16路的NO.7信令采集。

　　在高速2M采集模式下，同樣可對IDT82P2284進(jìn)行控制，這時(shí)使其工作在非復用模式，讓成幀器的每條E1鏈路分別獨立的把數據發(fā)送到CN8478的一個(gè)串口，這時(shí)IDT82P2284和串口之間的接口時(shí)鐘為2.048MHz，這個(gè)時(shí)鐘是成幀器在網(wǎng)絡(luò )的線(xiàn)上提取的。在高速2M采集模式下，可同時(shí)實(shí)現8路和16路的NO.7信令采集。

NO.7信令采集卡的驅動(dòng)程序設計

　　1.驅動(dòng)程序功能設計

　　N0.7信令采集卡驅動(dòng)程序的設計可分兩部分，分別對應CN8478的配置和IDT82P2284的配置。

　　在對CN8478的配置中，驅動(dòng)程序主要任務(wù)是完成映射在主機中共享體的配置。共享體是驅動(dòng)程序向操作系統申請的一段存儲空間，該空間在物理上處于主機的內存中。從整體上看，共享體可劃分為兩部分，第一部分用于CN8478的寄存器映射，第二部分用于中斷隊列、發(fā)送消息鏈表、接收消息鏈表、發(fā)送數據緩沖區、接收數據緩沖區的分配。

　　對成幀器IDT82P2284的配置中，主要通過(guò)微處理接口對其寄存器進(jìn)行控制，來(lái)實(shí)現將線(xiàn)上采集到的位流形成需要的幀結構消息以送往LINK層設備。

　　2.驅動(dòng)程序的實(shí)現

　　本NO.7信令采集卡需要實(shí)現兩個(gè)驅動(dòng)程序，分別對應CN8478的LINK驅動(dòng)，IDT82P2284的PHY驅動(dòng)。由于PHY驅動(dòng)較簡(jiǎn)單，所以本文主要介紹LINK驅動(dòng)。

　　LINK驅動(dòng)程序的編寫(xiě)本設計使用了DriverWorks開(kāi)發(fā)工具，它與直接用DDK編寫(xiě)的驅動(dòng)程序有些區別。這里主要繼承了DriverWorks提供的兩個(gè)類(lèi)（即Kdriver類(lèi)和KPnpDevice類(lèi)）來(lái)實(shí)現本驅動(dòng)程序。

　　Kdriver類(lèi)：這個(gè)類(lèi)提供設備程序的基本框架結構，并負責將IRP分發(fā)到目標設備對象中去。在本驅動(dòng)程序設計中，繼承了一個(gè)Kdriver類(lèi)的派生類(lèi)。在這個(gè)派生類(lèi)中重載了DriverEntry例程，在這個(gè)例程中主要做一些初始化工作。另外在這個(gè)類(lèi)中還包含了一個(gè)AddDevice例程，被PnP管理器調用來(lái)初始化由該驅動(dòng)程序所控制的設備。

　　KPnpDevice類(lèi)：這個(gè)類(lèi)代表設備驅動(dòng)程序，提供驅動(dòng)程序與應用程序的接口功能，承擔IRP分發(fā)任務(wù)，提供與底層設備的接口功能，同時(shí)，提供與其他系統對象的接口功能。包含了絕大部分驅動(dòng)程序例程。

　　3.驅動(dòng)程序的調試

　　調試本驅動(dòng)程序，本設計使用了一個(gè)KDebugOnlyTrace類(lèi)對象在DriverMonitor中輸出調試跟蹤信息，同時(shí)也經(jīng)常借助于SoftICE來(lái)查看內存值以確認共享體的配置信息。圖4為使用DriverMonitor輸出的調試信息。

驅動(dòng)程序調試顯示

圖4 驅動(dòng)程序調試顯示

結束語(yǔ)

　　對于此采集卡已經(jīng)研制成功并實(shí)現了商用，它是NGN網(wǎng)絡(luò )測試儀中針對核心網(wǎng)測試最重要的數據采集卡之一。經(jīng)過(guò)現場(chǎng)測試表明本采集卡能夠對NGN網(wǎng)絡(luò )中的大流量NO.7信令進(jìn)行正確、穩定采集，從而使NGN網(wǎng)絡(luò )測試儀實(shí)現了對NGN網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的測試與分析。同時(shí)也驗證了本文所研制的NO.7信令采集卡的可行性。
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