（微电子学与固体电子学专业论文）移动终端设备中多路复用系统的设计与实现.pdf

d esi g n 舳i m p l e m e n 丑姐i o no f m u i i p l e x n 寸gs y s t e mi nm o b i l e t e r m i n a l e q u i p m e n t at h e s i ss u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g b y z h a n gw e i w e i s u p e r v i s e db y p r o f s h il o n g x i n g 一 一 d e p a r t m e n to f e l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a p r 2 0 1 0, i t 帆7i 嘣m 1删6洲7 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大 学研究生院办理。 研究生签名：导师签名： 摘要 摘要 多路复用技术因其具有节约物理资源，提高有效传输速率等特点成为目前市场关注的热点。在 移动终端设备上实现基于g s m 0 7 1 0 协议的多路复用系统，可以使得多个语音和数据通信业务在同 一物理接口上并发，传统系统中的单线程的处理方式在处理多个通信业务并发时，通信效率低下， 系统的有效数据传输速率有待于进一步提高。 论文完成了基于g s m 0 7 1 0 协议的多路复用系统的硬件和软件方案的设计与实现。硬件平台采 用三星$ 3 c 6 4 1 0 微处理器作为应用主处理器，基带处理器使用的是s i m 3 0 0 d 无线通信模块，二者 通过串口实现通信的目的。软件平台基于w i n d o w sc e6 0 操作系统，在该系统下基于g s m 0 7 1 0 协 议的多路复用系统的设计与实现分为三个部分：物理层串口驱动的设计与实现，独立的中断服务线 程设计提高了系统在多任务并发时的实时性；多路复用层的设计与实现，设计中克服了传统的单线 程处理效率低下的缺点，而采用多线程协作来实现多通信业务并发时的数据处理，提高了系统的通 信效率；通信应用层的设计与实现，也采用了多线程技术，完整实现了命令发送，命令处理和响应 接收的复杂通信操作。 测试结果表明，当系统中多个通信业务并发时：本论文所实现的多线程的多路复用系统和传统 的单线程的多路复用系统，相对于不具有多路复用功能的系统，a t 命令的响应时间均延时了约1 ； 在传输1 0 k b 1 2 m b 的数据时，本论文所实现的多路复用系统中有效数据传输速率比传统的单线程 多路复用系统提高了约2 8 。 关键词：移动终端设备，w i n d o w sc e ，多任务，多线程，多路复用 a b s t r a c t a b s t r a c t t h em u l t i p l e x i n gt e c h n o l o g ya t t r a c t sf e r v e n ta t t e n t i o no fc u r r e n tm a r k e t p l a c eb e c a u s eo fi t s c h a r a c t e r i s t i c so fs a v i n g p h ) r s i c a l r e s o u r c e sa n di m p r o v i n gt h ee f f e c t i v ed a t at r a n s f e rr a m t h e i m p l e m e n t a t i o no ft h em u l t i p l e x i n gs y s t e mb a s e do ng s m 0 7 10p r o t o c o li nam o b i l et e r m i n a le q u i p m e n t c a r lm a k em u l t i p l ev o i c ea n dd a t ac o m m u n i c a t i o ns e r v i c e st r a n s m i to nt h es a m ep h y s i c a li n t e r f a c e w h e n t h et r a d i t i o n a ls i n g l e - t h r e a dm u l t i p l e x i n gs y s t e mh a n d l e sw i t ht h ec o n c u r r e n c yo fm u l t i p l ec o m m u n i c a t i o n s e r v i c e s ，t h ec o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c yi sl o w a n dt h es y s t e me f f e c t i v ed a t at r a n s f e rr a t en e e d st ob e f u r t h e ri m p r o v e d t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ep r o g r a mo ft h em u l t i p l e x i n gs y s t e mb a s e do ng s m 0 7 10p r o t o c o li s d e s i g n e da n di m p l e m e n t e d t h eh a r d w a r ep l a t f o r mu s e ss a m s u n g $ 3 c 6 4 10m i c r o p r o c e s s o ra st h e a p p l i c a t i o nh o s tp r o c e s s o ra n ds i m 3 0 0 d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm o d u l ea st h eb a s e b a n dp r o c e s s o lt h e y c o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rb ys e r i a lp o r t t h es o f t w a r ep l a t f o r mi sb a s e do nw i n d o w sc e6 0o p e r a t i n g s y s t e m ，a n dt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h em u l t i p l e x i n gs y s t e mb a s e do n g s m 0 7 10p r o t o c o lu n d e r t h i ss y s t e ma r ed i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：1 d e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n gp h y s i c a ll a y e ro ft h em u l t i p l e x i n g s y s t e m t h es y s t e m sr e a l t i m ep e r f o r m a n c ei si m p r o v e di nt h ec a s eo fc o n c u r r e n c yo fm u l t i - t a s kb yt h e d e s i g no ft h ei n d e p e n d e n ti n t e r r u p ts e r v i c et h r e a d ；2 d e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n gm u l t i p l e x e rl a y e ro ft h e m u l t i p l e x i n gs y s t e m i n o r d e rt oo v e r c o m et h es h o r t c o m i n go fl o we f f i c i e n c yo ft h et r a d i t i o n a l s i n g l e t h r e a dp r o c e s s i n g ，t h em u l t i - t h r e a dc o o p e r a t i n gi sd e s i g n e dt oi m p r o v et h ec o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c y i nt h ec a s eo fc o n c u r r e n c yo fm u l t i p l ec o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s ；3 d e s i g n i n ga n di m p l e m e n t i n g c o m m u n i c a t i o na p p l i c a t i o nl a y e ro ft h em u l t i p l e x i n gs y s t e m i ti sa l s oa c c o m p l i s h e db yt h ew a yo f m u l t i t h r e a dt e c h n o l o g yt oa c h i e v et h ec o m p l e xc o m m u n i c a t i o no p e r a t i o n so fs e n d i n gc o m m a n d , p r o c e s s i n gc o m m a n da n dr e c e i v i n gr e s p o n d t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a ：c ，i nt h ec a s eo fc o n c u r r e n c yo fm u l t i p l ec o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s ，：1 t h e r e s p o n s et i m eo fa tc o m m a n do ft h em u l t i - t h r e a dm u l t i p l e x i n gs y s t e ma n dt h et r a d i t i o n a ls i n g l e - t h r e a d m u l t i p l e x i n gs y s t e mi sd e l a y e da b o u t1 c o m p a r e dw i t ht h es y s t e mw i t h o u tt h em u l t i p l e x i n gf u n c t i o n ；2 w h e n10 k b 12 m bd a t aa r et r a n s m i t t e d ，t h ee f f e c t i v ed a t at r a n s f e rr a t ei si m p r o v e da b o u t2 8 i nt h e m u l t i t h r e a dm u l t i p l e x i n gs y s t e mt h a ni nt h et r a d i t i o n a ls i n g l e - t h r e a dm u l t i p l e x i n gs y s t e m ； k e yw o r d s ：m o b i l et e r m i n a le q u i p m e n t ；w i n d o w sc e ；m u l t i - t a s k ；m u l t i t h r e a d ；m u l t i p l e x i n g ； i i 目录 摘要 目录 i a b s t r a c t i i 目录i i l 第一章绪论。1 1 1 研究背景与意义1 1 2 论文研究的主要工作和内容一2 1 3 论文组织结构2 第二章移动终端设备中多路复用原理4 2 1 多路复用技术原理4 2 2 移动终端设备中的多路复用技术。4 2 3 本章小结9 第三章多路复用系统的方案设计l o 3 1 系统硬件平台1 0 3 2 系统软件设计方案1 3 3 3 本章小结1 7 第四章多路复用系统的软件实现。1 8 4 1 多路复用系统物理层的设计与实现1 8 4 2 多路复用系统多路复用层的设计与实现2 5 4 3 多路复用系统通信应用层的设计与实现3 5 4 4 本章小结3 9 第五章测试结果与分析_ 4 0 5 1 系统硬件测试环境4 0 5 2 系统软件测试框架4 l 5 3 多路复用系统功能测试4 2 5 4 多路复用系统性能测试4 7 5 5 本章小结5 2 总结与展望5 3 总结5 3 展望! ；4 j l l ：谢! ；! ； 参考文献。5 6 在学期间发表论文清单5 8 i i i 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 第一章绪论 嵌入式系统的发展今非昔比，各种各样的新型嵌入式系统设备在各领域得到广泛应用，它在无 线通信、工业控制、国防设备、消费类电子产品等领域的应用日益广泛，如掌上电脑、智能手机、 手持式医疗仪器等都是嵌入式系统典型应用i 1 】。嵌入式系统集软件与硬件于一体，具有软件代码小、 高度自动化、响应速度快等特点，主要由嵌入式处理器、其他支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软 件等组成。功能强大的微处理器足以胜任各种多媒体应用和通信网络需求，而开放式和高定制化的 嵌入式操作系统也为多媒体和通信网络应用提供了优秀的支持【2 】。近几年来以软硬件组成为显著特 征、以消费电子类产品为主导的智能网络设备以超乎人们想象的速度获得了前所未有的发展。 当今全球移动通信的正高速发展，通用分组无线服务技术( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，g p r s ) 在第二代通信网全球移动通讯系统( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s 。g s m ) 基础上通过增 加额外的设施，提供相对g s m 数据业务而言更高速和灵活的互联网接入服纠3 1 。此外，g p r s 网络 还引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得g s m 网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加 强。与此同时，支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术的第三代移动通信技术( 3 r d g e n e r a t i o n ，3 g ) 已经在全球发展的如火如烈4 1 。3 g 服务能够同时传送声音及数据信息，代表特征是提供高速数据业 务。3 g 是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够在全球范围内 实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子 商务等多种信息服务，同时也保持与已有第二代系统的良好兼容性。3 g 的商业化已在全世界火热进 行中，数据通信和多媒体服务将是3 g 的主要业务【5 】。伴随着移动通信的高速发展，移动终端设备随 时随地接入网络的趋势日益明显，多个语音和数据通信业务并发的需求也越来越强烈，提高信息和 数据的传输速率已是大势所趋。 为了跟上当前网络发展速度，提高信息或者数据的传输速率，同时为了节约资源，尽量避免在 物理上增加设备，因此就要改善移动终端设备中的通信接口。于是多路复用技术应运而生。多路复用 技术，是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术1 6 】。 随着当前对多个语音或数据通信业务在移动终端设备中并发而又互不干扰的强烈需求，在一个 移动终端设备上实现多路复用技术，使得多个语音和数据业务得以并发进行，同时确保数据传输的 稳定性和可靠性，提高系统的有效数据传输速率，这些都成为当前每一个移动终端设备开发人员所 必须面对的问题。出于对通用性和标准性的考虑，欧洲通信标准协会( e u r o p et e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r di n s t i t u t e ，e t s i ) 于1 9 9 8 年发布了第一个关于移动终端设备中在移动台( m o b i l es t a t i o n ，m s ) 和终端设备( t e r m i n a le q u i p m e n t ，t e ) 之间实现多路复用的协议版本g s m 0 7 1 0 多路复用协议。该协 议是3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 全球性第三代移动系统电话规范之一，可以支持g s m ， g p r s ，3 g 的网络。 基于g s m 0 7 1 0 通信协议的多路复用技术因其具有标准性以及对网络演化的延续性，现已在智 能终端、移动终端设备等方面获得推广和应用。在移动终端设备上实现基于g s m 0 7 1 0 协议的多路 复用系统，可以使得多个语音和数据通信业务在同一物理接口上并发。而传统的单线程的处理方式 在系统中多个通信业务并发时，单线程需要在完成一个通信业务数据的处理之后才能开始新的通信 业务数据的处理，通信效率低下1 7 l 。当前移动终端高速发展，对移动终端设备中的数据传输速率要 求更高，为了跟上当前移动网络发展速度，提高系统中的数据吞吐率，基于g s m 0 7 1 0 协议的多路 复用系统中的有效数据传输速率有待于进一步的提高。 第一章绪论 1 2 论文研究的主要工作和内容 论文最终目的是基于w i n d o w sc e6 0 操作系统，采用三星$ 3 c 6 4 1 0 微处理器作为应用处理器， s i m c o m 公司的s i m 3 0 0 d 通信模块作为基带处理器，实现移动终端设备中基于多路复用技术的数 据和语音通信的功能，同时能够在多个语音和数据通信业务并发情况下，通过多线程协作机制的设 计与实现，进一步提高系统的有效数据传输速率。论文的主要研究工作和内容分为以下几个方面： 对移动终端设备中的多路复用技术g s m 0 7 1 0 多路复用协议进行了详细的分析，包括该协议的工 作模型、工作模式、帧格式及其含义进行了分析，从而能够对g s m 0 7 1 0 协议有更深入的理解。 根据论文对硬件的要求并参考当前主流智能移动终端的设计方案确定硬件平台，硬件平台采用 三星$ 3 c 6 4 1 0 微处理器作为应用主处理器，基带处理器使用的是s i m c o m 公司的s i m 3 0 0 d 无 线通信模块，二者通过串口实现通信的目的。 选用w i n d o w sc e6 0 操作系统作为软件开发平台，完成g s m 0 7 1 0 多路复用系统在w i n d o w sc e 6 0 操作系统下的软件设计方案。该多路复用系统的软件实现主要分为三个部分，分别是多路复 用系统物理层、多路复用层、通信应用层的设计与实现。 多路复用系统物理层的数据传输通过串行通讯接口来完成，因此物理层的设计与实现是通过串 口驱动来完成。串口驱动在w i n d o w sc e 下实现为标准流接口分层驱动，通过独立的中断服务 线程设计，实现应用主处理器与基带处理器在物理层的数据透明传输。 完成多路复用系统的多路复用层的设计与实现。结合w i n d o w sc e 的特点，将多路复用层实现为 多路复用驱动。驱动设计中通过多线程协作的方式实现数据的接收与分发，提高了系统在多任 务并发情况下的通信效率，并且有效地避免了各逻辑通道间的数据干扰。而同一进程内的多线 程的协作机制尤其重要，在该驱动中是通过匿名事件实现线程之间的同步，通过临界区来实现 线程之间的互斥。 完成多路复用系统的通信应用层的设计与实现。w i n d o w sc e6 0 移动通讯核心( c e l l c o r e ) 系统 下移动通信模块r i l ( r a d i oi n t e r f a c el a y e r ) 层为各种移动通讯网络系统服务提供了基础，通过 r i l 可以更加方便地开发移动通讯网络下的终端中的应用程序。因此通信应用层主要通过r i l 的设计与实现来完成。r i l 驱动中也通过多线程协作的工作机制完成命令的发送与响应的接收。 完成移动终端设备中多路复用系统的用户通道功能测试和性能分析工作。为了保证最大限度的 做到全面测试，所以在测试方案的测试设计中，尽量从不同的角度，同时加以丰富的测试用例 才能达到真正的测试目的，鉴于此，论文分别从多通信业务并发和多通信业务组合两个角度测 试系统的功能，同时从a t 命令响应时间和有效数据传输速率角度测试多通信业务并发情况下 多路复用系统的性能。 1 3 论文组织结构 根据论文所涉及的工作，将论文的结构安排如下： 第一章绪论 介绍了当前嵌入式系统和移动通信网络发展的发展现状。对多路复用技术在嵌入式移动通 信领域的研究背景进行了描述，同时阐述了本论文将要达到的设计目标和主要的工作内容。 第二章多路复用技术 介绍了多路复用技术的原理，并详细分析了移动终端设备中的g s m 0 7 1 0 多路复用协议的 特点，包括g s m 0 7 1 0 协议工作模型、工作模式、帧格式及其含义，从而能够对g s m 0 7 1 0 协 议有更加深入的理解。 2 第一章绪论 第三章多路复用系统的方案设计 本章完成了基于g s m 0 7 1 0 协议的多路复用系统的整体方案的设计。整体设计方案包括硬 件平台的搭建和软件系统的设计。硬件平台选用了$ 3 c 6 4 1 0 微处理器作为应用主处理器和 s i m c o m 公司的s i m 3 0 0 d 无线通信模块作为基带处理器，二者在业界已经得到广泛使用； g s m 0 7 1 0 多路复用系统在w i n d o w sc e6 0 操作系统下的软件设计与实现主要分为三个部分来 实现，分别是多路复用系统物理层、多路复用层、通信应用层的设计与实现。 第四章多路复用系统的软件实现 本章主要工作g s m 0 7 1 0 多路复用系统的软件设计方案予以完整的实现。包括：第一，多 路复用系统的物理层的设计与实现。主要通过串口驱动来实现主处理器与基带处理器在物理层 的数据透明传输；第二，设计并实现多路复用系统的多路复用层，主要通过多路复用驱动来完 成，同时需要保证该多路复用驱动和串口驱动在接口上的无缝结合；第三，完成多路复用系统 的通信应用层的设计与实现，该层是通过w i n d o w sc e6 0 移动通讯核心系统下无线接口层的设 计与实现来完成。 第五章测试结果与分析 完成移动终端设备中多路复用系统的功能测试和性能测试。论文分别从多通信业务并发和 多通信业务组合两个角度对系统进行功能测试，同时从a t 命令响应时间和有效数据传输速率 两个角度对性能进行了测试，通过丰富的测试用例达到测试的目的，同时对测试结果进行分析。 总结与展望 总结了论文完成的工作以及本工作所具有的意义，提出存在的问题和不足，并给出进一步 的研究方向及建议。 3 务来使用i s j 。其实质是：将一个区域的多个用户信息通过多路复用器进行汇集，然后将汇集后的信 息群通过一条物理线路传送到接收设备，接收设备通过多路复用器将信息群分离成各个单独的信息， 在分发到多个用户。这样就可以实现一对多路复用器、一条通信线路，来代替多套发送、接收设备 与多条通信线路p j 。 传统的计算机与终端设备进行远程通信时，如果终端设备数量很多，这个时候需要多个调制解 调器( m o d e m ) 以及多条通信链路来完成通信的目的。采用多路复用器的计算机与终端设备远程通 信时候能够得到很大改观，只需要一条链路来完成。多路复用技术的作用：多路复用器依次对各逻 辑通道的输入数据采样，然后将这些取样结果又汇集成单个数据流，并将这个混合数据流通过通信 设施发送，在另一端用相通的复用器进行数据分离，同时确定通道地址，并将被分离的数据发送到 各个目标逻辑通道。这些操作对计算机和终端设备都是透明的。 频分多路复用是早期使用的多路复用方法，频分多路复用是在一个频带内，选取一定的频率作 为载频，然后将各用户送来的低频信号都加载到载频上，此过程称为调制。每个调制的信号分别占 用一定的带宽。频分多路复用主要用于模拟信号通信，通过频分多路复用在一个传输信道中传送多 路信息的情况。各个载频相互独立，信号带宽也不会重叠。在接收端使用带通滤波器将所需的载频 信号从收到的频带中取出，再经过解调还原成初始的信号，最后送到接收方i 8 】。 时分多路复用是一种数字技术，在一条高速通信线路上，按一定的周期将时间分成一个个小的 时间片，每个时间片称为一帧。而在一帧内又分为若干个时隙，每个时隙将携带一个信号。时分复 用方式是对每一个终端分配一个线路时隙，在每个时隙内分别对对应的终端进行信息抽样，将所得 到的信息样点按顺序集合成帧，并按顺序发送出去。从实质上说，就是把一个信道从时间上分成若 干个子信道，从而在一条信道上传输多个用户的数据【9 l 。 时分多路复用技术又分为同步时分多路复用技术和异步时分多路复用技术： 同步时分复用技术，按照信号的路数划分时间片，每一路信号具有相同且固定大小的时间片。 时间片轮流分配给每路信号，该路信号在时间片使用完毕以后要停止通信，并把物理信道让给 下一路信号使用。当其他各路信号把分配到的时间片都使用完以后，该路信号再次取得时间片 进行数据传输。 异步时分多路复用技术，也叫做统计时分多路复用技术，它把时隙动态地分配给各个用户，即 当用户有数据要送时，才会分配到时隙。统计时分多路复用技术将用户的数据划分为一个个数 据单元，不同用户的数据单元仍按照时分的方式来共享信道；但是不再使用物理特性来标识不 同用户，而是使用数据单元中的若干比特，也就是使用逻辑的方式来标识用户。 2 2 移动终端设备中的多路复用技术 伴随着网络的快速发展，便携式终端上面的通信业务也在迅速增加，经常要求多个通信业务并 发。但是由于资源有限，移动终端设备中基带处理器和主处理器之间的物理通信接口往往只有一个。 4 第二章多路复用技术基础 对多个通信业务的并发，往往需要在不同的业务模式之间频繁切换。随着移动网络应用的快速发展， 便携式终端对实时性和多通信业务并发也都有了更高的需求，传统的在多通信并发时模式切换带来 的开销问题日益明显且厄待解决。因此，如何在一个移动终端设备的物理接口上实现多个通信业务 并发而互不干扰，且保证数据传输的稳定性和可靠性，提高的有效数据传输速率，便成了诸多移动 设备商的研究内容。 出于对通用性和标准的考虑，欧洲通信标准协会e t s i 于1 9 9 8 年发布了第一个关于移动终端设 备中在m s 和t e 之间实现多路复用的协议版本g s m 0 7 1 0 1 1 0 ! 。该协议是3 g p p 全球性第三代移动系 统电话规范之一，可以支持g s m 、g p r s 、u m t s 的网络。当前我国移动网络正在进行从2 5 g 网络 到3 g 网络的全面演化进程，该协议在一定程度上保持了网络演化的延续性。 g s m 0 7 1 0 多路复用协议的本质是在异步串行接口上实现统计时分多路复用技术，发送端在每个 时隙之前增加逻辑通道的地址信息，接收端根据地址信息把数据发送至正确的目标逻辑通道。由于 g s m 0 7 1 0 协议实现了动态分配时隙，这样可以大大提高物理传输链路的利用率。 本论文的目的就是，在移动终端设备上基于g s m 0 7 1 0 协议实现多路复用系统，使得多个语音 和数据通信业务能够在同一物理接口上实现并发而又互不干扰，同时在保证多个通信业务数据传输 的可靠性和稳定性的前提下，进一步提高系统的有效数据传输速率。 如图2 1 所示，给出了移动终端设备当中g s m 0 7 1 0 多路复用系统的大致框架。在常用的嵌入 式移动终端设备而当中，基本上都是采用串口实现应用主处理器和基带处理器之间的通信，此时应 用主处理器端为t e 端，g s m g p r s 无线通信模块( 基带处理器) 端为m s 端。t e 端和m s 端通过 g s m 0 7 1 0 多路服用协议，可以实现在物理串口上建立多个逻辑通道( 逻辑通道包括控制通道和用户 通道两种类型) 来完成多个通信业务数据的并行传输。在图中以t e 端三个应用程序需要同时向m s 端传输数据为例，说明多个业务并发时数据传输的过程。当t e 端三个应用程序并发时，此时将向 m s 端传输三个相应的业务数据流。通过g s m 0 7 1 0 统计时分多路复用技术，实现三个业务数据流分 别通过对应的用户通道来传输。最后这些数据流将在物理串口汇集成多路复用数据流，通过物理串 口发向m s 端。同样地，m s 端接通过物理串口收到多路复用数据流，然后将数据流进行分离，确定 通道地址，并将被分离的数据发送到对应的目标逻辑通道，而m s 端的进程将完成对应的逻辑通道 的数据流的接收，最终完成t e 端和m s 端多个通信业务的数据传输。 图2 - 1g s m 0 7 1 0 多路复用系统框架 5 第二章多路复用技术基础 从g s m 0 7 1 0 多路复用系统的大致框架图可见，t e 端和m s 端的数据传输的结构是完全对称的。 两端利用了g s m 0 7 1 0 协议分别在物理层和多路复用层之间建立了多个逻辑通道。而逻辑通道有两 种类型且功能也不相同：第一，控制通道，创建于所有通道之前且只有一个，主要完成一些参数协 商服务，软件流控，功耗状态控制以及调制解调器状态等信息的传输；第二，用户通道，系统中可 创建多个，主要功能是完成多路复用层之上( 如应用层) 数据的收发。应用层则对应不同的通信业 务，通信业务类型不一样，其对应的用户通道也不一样。应用层可以选择特定的用户通道来传输对 应的数据流。 2 1 1 多路复用协议工作模型 前面已经介绍过g s m 0 7 1 0 多路复用系统的大致框架，系统在实际的工作中有本身特有的工作 方式。如图2 2 所示，其中t e 端和m s 端通信业务对应多路复用系统的应用程序，用户通道虚拟实 体对应多路复用系统逻辑传输通道，也即多路复用系统的用户通道。应用程序可以对用户通道进行 读写，以及控制( 如用户通道的波特率设置) ，分别对应图2 2 中读、写、控制操作u o | 。物理接1 2 代 表多路复用系统物理层传输设备，物理接口要求是异步串行通信接口，t e 和m s 物理接口之间的数 据传输遵循g s m 0 7 1 0 协议帧格式的要求。当要创建或者释放一些用户通道的时候，多路复用系统 通过一些控制参数来实现，如图2 2 中的控制参数和参数设置。 通常在移动终端系统初始化以后，t e 端和m s 端还没有进入多路复用工作状态，这也是出于系 统的需要和功耗的考虑。通过t e 端向m s 发送激活命令“a t + c m u x ”，得到确认的响应后，t e 端 和m s 端双方进入多路复用工作状态。 m u x 驱动 图2 - 2g s m 0 7 1 0 协议工作模型 进入多路复用工作状态后，每个服务的实现包括四个阶段：分别为r e q u e s t 、i n d i c a t i o n 、r e s p o n s e 、 c o n f i r m ，各阶段对应的含义分别如下： r e q u e s t 阶段：该阶段t e 端向m s 端( m s 端设备支持g s m 0 7 1 0 协议) 提出多路复用的服务 请求，包括工作模式、系统配置参数、通道创建和释放等。 i n d i c a t i o n 阶段：根据t e 端的服务请求，通过两端的物理接口向m s 端传输该请求，同时m s 端接收到t e 端的服务请求。 6 第二章多路复用技术基础 r e s p o n s e 阶段：m s 端接收到t e 端的请求以后，根据系统配置的情况，给予回复。如果m s 端 接受t e 端的请求，将会对此请求给予确认的响应。反之，若拒绝t e 端的服务请求，将返回拒 绝该请求的响应结果。 c o n f i r m 阶段：t e 端将会接收到m s 端发出的( 经过两端的g s m 0 7 1 0 协议层) 服务响应结果， 比如工作模式的确认或多路复用通道建立成功与否的确认信号。如果是收到m s 端服务接收的 确认信号，将会在两端建立该服务：反之，若接收到拒绝服务请求的信号，作出放弃建立该服 务的处理。 2 1 2 多路复用协议工作模式 g s m 0 7 1 0 规定该多路复用技术有三种工作模式可以选择：b a s i c 模式，a d v a n c e dw i t h o u te r r o r r e c o v e r y 模式，以及a d v a n c e dw i t he r r o rr e c o v e r y 模式。除了在b a s i c 模式下不支持高级数据链路控 铝j j ( h i g h l e v e ld a t al i n kc o n t r o l ，h d l c ) 协议传输的透明机制这点特殊以外，这三种模式下都是基于 h d l c 协议传输。这三种工作模式的特性如下： ( 一) b a s i c 模式： 长度标识代替h d l c 的透明机制； 使用与h d l c 不同的标志域； 不能用于具有x o n ) ( o f f 软件流控的链路； 同步一旦丢失，恢复需要很长的时间。 ( 二) a d v a n c e dw i t h o u te r r o rr e c o v e r y 模式： 遵从异步h d l c 过程； 可以用于具备x o n x o f f 流控的链路上； 可以更快的从同步丢失状态中恢复。 ( 三) a d v a n c e dw i t he r r o rr e c o v e r y 模式： 使用h d l c 的错误恢复模式流程。 h d l c 是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织( i s o ) 根据i b m 公司的s d l c ( s y n c h r o n o u sd a t al i n kc o n t r 0 1 ) 协议扩展开发而成的 i l l 。 h d l c 是面向比特的数据链路控制协议的典型代表，该协议不依赖于任何一种字符编码集；数 据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0 比特插入法”易于硬件实现；全双工通信，有较高的 数据链路传输效率；对所有帧采用循环冗余码校验( c y c l i c a lr e d u n d a n c yc h e c k ，c r c ) 检验，对信 息帧进行顺序编号，可防止漏收或重复，传输可靠性高；传输控制功能与处理功能分离，具有较大 灵活性。也正是由于以上特点，h d l c 数据链路控制协议非常广泛应用在目前网络设计及整机内部 通讯设计中。 在h d l c 中，数据和控制报文均以帧的标准格式传送。h d l c 的完整的帧格式如表2 1 所示， 由标志字段、地址字段、控制字段、信息字段、帧校验序列字段、标志字段f f t 成t 1 2 】。 表2 1h d l c 帧格式 标志字段地址字段控制字段信息字段帧校验序列字段标志字段 0 1 1 1 1 1 1 08 b i t 1 6 b i t8 b i t 1 6 b i t可变长度1 6 b i t0 l l l l l l 0 7 第二章多路复用技术基础 2 1 3 多路复用协议帧格式介绍 g s m 0 7 1 0 协议基本上还是按照h d l c 协议的帧格式传输，但是协议本身还是按照自身的实际 需要作了一定的修改。g s m 0 7 1 0 协议帧格式分为六个域，七个字段：开始和结束的标志域、地址域、 控制域、长度指示域、信息域、帧校验域组成，各个字段的内容有其自身的特点及其含义【丌。 ( 一) 标志域 跟h d l c 协议一样，在帧的首尾都会加上标志字段，长度为一个字节。只不过h d l c 要求这个 字段内容为0 x 7 e ，而g s m 0 7 1 0 协议中要求此字段在b a s i c 模式下为0 x f 9 ，其他模式为0 x 7 e 。 ( 二) 地址域 地址字段长度为一个字节，位定义如表2 2 所示，包括三个部分：增强型地址( e n h a n c e da d d r e s s ， e a ) 位，c r ( c o m m a n d r e s p o n s e ) 位，数据链路控制识别( d a t al i n kc o n t r o li d e n t i f y , d l c i ) 位。每 个数据链路控制代表着g s m 0 7 1 0 多路复用系统中的一个逻辑通道。 表2 2 地址域的格式 b i tn o l 2 345678 v a l u ee ac rd l c i e a 位：地址域可以通过使用e a 位来扩展。e a 位为l 表示本字节就是长度域，为0 表示后续 还有一个字节。 c r 位：用来指示是命令还是响应，具体含义如表2 3 所示。其中，i n i t i a t o r 表示发起方；r e s p o n d e r 表示响应方。c o m m a n d 和r e s p o n s e 则分别表示命令和响应。 表2 3c r 位的用法 c o m m a n d r e s p o u s e d i r e c t i o nc 瓜v a l u e i n i t i a t o r - r e s p o n d e r l c o m m a n d r e s p o n d e r i n i t i a t o r o i n i t i a t o r - r e s p o n d e r o r e s p o n s e r e s p o n d e r ： i n i t i a t o r 1 d l c i 位：是数据链路控制( d a t al i n kc o n t r o l ，d l c ) 的标识号( i d e n t i f y ) ，也就是逻辑通道的 标识号。d l c 代表m u x 系统中的逻辑通道，d l c i 也就是逻辑通道号。共六位，用来表示逻辑通道 号，逻辑通道