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北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 乐型一一 日期： 兰! ! ! ：芏：! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：丕显主日期： 训雪炒l 导师签名：三三要专卜日期：，k 挈乙华l 一 3 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 摘要 数据通信是目前发展最迅速的通信业务之一，s d h s o n e t 光通信 网络以其高速率高性能，在当今的通信网络中被广泛采用。c p o s r o u t e r 数据接入设备是专为用于利用s t m - is d h 信号中的低速插入 信号v c l 2 ，实现2 m se 1 数据在广域网上的汇聚，面向t c p i p 的远 程数据网络接入和互联设备。 本人参与了万林克通信技术有限公司的c p o s 路由器产品的开发 和升级项目，完成更高版本的c p o s 驱动程序移植以及优化了驱动软 件模块，取得了很好的效果。 本论文在简单引入课题背景及工作内容之后，介绍了c p o s 板卡 的硬件架构和产品的软件总体结构；同时对于c p o s 模块硬件用到的 几款芯片，在这里也进行了简单的介绍。 论文第二部分为本课题的主体部分，分为三个章节。第一个章节 为c p o s 驱动模块的设计与实现，从设计原则和设计方案两方面详细 介绍了c p o s 板卡相关的软硬件结构。对系统功能实现中的几个主要 过程进行了重点阐述，采用流程图的方式阐明了处理流程。第二个章 节为c p o s 驱动模块的优化，分析原有v 4 2 系统的不足，公司开发出 了v 6 2 系统，本人根据c p o s 驱动的特点并结合v 6 2 系统，在v 6 2 新 的软件体系结构下，对c p o s 驱动模块进行了优化改进。论文详细介 绍了系统实现部分，阐明了升级程序的特点。最后一个章节简单介绍 了一下功能测试并列举了一些常见问题，并提出了解决方法。 关键宇：c p o s ，s t m 一1 ，描述符，流程图 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 i m p l e m e n t a t i o na n do 盯i m i z a t i o no fc p o so i ，r i c a l i n t e r f a c eb o a r dd r i v e r a b s t r a c t d a t ac o r n m u n i c a t i o n si so n eo ft h ef a s t e s t d e v e l o p e dc o m m u n i c a t i o n o p e r a t i o n s a t p r e s e n t b e c a u s eo fh i g l l d a t ar a t ea n dh i g hp e r f o r m a n c e , s d i - i s o n e tn e t w o r k si sw i d e l yu s e di np r e s e n tc o m m u n i c a t en e t w o r k s c p o s r o u t e rd a t aa c c e s se q u i p m e n ti sal o n g - r a n g ed a t an e t w o r ka c c e s sa n dc o n n e c t e q u i p m e n ti m p l e m e n t i n gl o w e rs i g n a lv c l 2i n s e r t e dt os t m - is i g n a lt oc o m p l e t et h e r u n i o no fa s s e m b l i n g2 m se 1d a t ao nl o n g - r a n g ed a t an e t w o r k i nt h ep a s tt w oy e a r s ，ip a r t i c i p a t e di nc p o sr o u t e rp r o d u c t d e s i g na n d u p g r a d ep r o j e c t , a c c o m p l i s h e dc p o sd r i v ep r o g r a mn a t u r a l i z a t i o nu n d e rh i g h e r s o f t w a r ev e r s i o na n do p t i m a i z a t i o no fd r i v es o f t w a r es t r u c t u r e , t h e na c q u i r e dg o o d e f f e c t a f t e ras i m p l ei m p o r to ft h ep a p e r sb a c k g r o u n da n dw o r kc o n t e n t , t h ep a p e r i n t r o d u c e st 1 1 eb a s i cs t r u c t u r eo fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ,f u n c t i o n so fs o m e i m p o r t a n tm o d u l e sa n d t h ec h i p su s e db yc p o sh a r d w a r e 1 1 1 es e c o n dp a r ti st h ep a p e r sm a i np a r t i tc o n s i s t so f 岫c h a p t e r s n ef i r s t o n ei sd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fc p o sd r i v e r i ti n t r o d u c e st h es y s t e m ss o f t w a r e a n dh a r d w a r es t r u c t u r ei nd e t a i lt h r o u g hd e s i g n p r i n c i p l ea n dd e s i g ns c h e m e , e x p o u n d ss o m em a i np r o c e s s e si ns y s t e mf u n c t i o ni m p l e m e n t a t i o na n dp r o c e s sf l o w b yf l o wc _ h a r t t h es e c o n dc h a p t e ri so p t i m i z a t i o no fc p o sd r i v e rm o d u l e b y a n a l y z i n gt h es h o r t a g eo fp r i m a r yv 4 2s y s t e m ，v a n l i n kd e v e l o p e dv 6 2s y s t e m o nt h e b a s i so fc p o sd r i v e rc h a r a c t e ra n dc o m b i n i n gw i t hv 6 2s y s t e m ，im a d eg r e a t m o d i f i c a t i o nt ot h es o f t w a r es t r u c t u r e t h ep a p e ri n t r o d u c e ss y s t e mi m p l e m e n tp a r ti n d e t a i la n dc l a r i f i e st h ec h a r a c t e ro ft h eu p g r a d ep r o g r a m t h el a s tc h a p t e rs i m p l y i n t r o d u c e sf u n c t i o nt e s t , s p e c i a l i z e ss o m ec o m m o np r o b l e m sa n db r i n gf o r w a r dt h e r e s o l v e n t s k e yw o r d s ：c p o s ，s t m 一1 ，d e s c r i p t o r , f l o wc h a r t 7 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接【j 板驱动设计与优化 第一章绪论 1 1 课题背景 近年来，伴随着各种通信技术突飞猛进的发展，各种网络业务和服务对网 络带宽提出了越来越高的要求。s d h s o n e t 作为一种传输技术，其优点是传输 速率高，传输延时小，可组成自愈环网络，使网上传输的业务得到充分保护，在 传输网上被大量采用，成为目前光纤网上的骨干传输技术。 1 1 1s d h s o n e t 技术 s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，同步数字体系) 是一种将复接、线路 传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国 贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络( s o n e t ) 。国际电话电报咨询委员会 ( c c m ) ( 现i t u t ) 于1 9 8 8 年接受了s o n e t 概念并重新命名为s d h ，使其 成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。它可实现网络 有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能， 能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络 运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受 到人们的广泛重视。 s d h 的基本传输原理： s d h 采用的信息结构等级称为同步传送模块s t m n ( s y n c h r o n o u s t r a n s p o r t ，n = i ，4 ，1 6 ，6 4 ) ，最基本的模块为s t m l ，四个s t m 一1 同步复 用构成s t m 一4 ，1 6 个s t m 一1 或四个s t m - - 4 同步复用构成s t m 一1 6 ：s d h 采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9 行和横向2 7 0 x n 列字节组成，每 个字节含8 b i t ，整个帧结构分成段开销( s e c t i o no v e r h e a d ，s d h ) 区、s t m n 净负荷区和管理单元指针( a up t r ) 区三个区域，其中段开销区主要用于网络 的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开 销( r e g en e r a t o rs e c t i o no v e r h e a d ，r s o h ) 和复用段开销( m u l t i p l e xs e c t i o n o v e r h e a d ，m s o h ) ：净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于 通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节 在s t m n 帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。s d h 的帧传输时按 由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为1 2 5 1 1 s ，每 秒传输1 1 2 5 x 1 0 0 0 0 0 0 帧，对s t m 一1 而言每帧字节为8 b i t x ( 9 x 2 7 0 x 1 ) 1 3 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 = 19 4 4 0 b i t ，则s t m l 的传输速率为19 4 4 0 x 8 0 0 0 = 15 5 5 2 0 m b i t s ；而s t m 一4 的传输速率为4 x 1 5 5 5 2 0 m b i t s = 6 2 2 0 8 0 m b i t s ；s t m 一1 6 的传输速率为 16 x15 5 5 2 0 ( 或4 x 6 2 2 0 8 0 ) = 2 4 8 8 3 2 0 m b i t s 。 s d h 传输业务信号时各种业务信号要进入s d h 的帧都要经过映射、定位和 复用三个步骤：映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器 ( c ) ，再加入通道开销( p o h ) 形成虚容器( v c ) 的过程，帧相位发生偏差称 为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元( t u ) 或管理单元( a u ) 的过 程，它通过支路单元指针( t up t r ) 或管理单元指针( a up t r ) 的功能来实现； 复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价 通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。 s d h 从高速信号分拆低速支路信号原理： s d h 能够从高速信号中直接分插出低速支路信号( 例如2 m b i t s ) ，这是因 为低速支路信号在高速s d h 信号帧中的位置有预见性，而预见性的实现就在于 s d h 帧结构中存在着管理单元指针( a u p t r ) 。a u p t r 是用来指示信息净负 荷的第一个字节在s t m - n 帧内的准确位置的指示符，以便收端能根据这个位置 指示符的值( 指针值) 正确分离信息净负荷。指针有高、低阶之分，高阶指针是 a u p t r ，低阶指针是t u p t r ，支路单元指针( t u p t r ) 的作用类似于 a u p t r 只不过所指示的信息更加具体。 1 1 2 网点建设的需求 伴随着网络带宽的发展，网点建设的主流带宽已经由原来6 4 1 2 8 k ( d d n 线 路) 发展到2 m ( s d h 线路) ，随之也对网络改造提出了更高的建设需求： 要求中心汇聚设备能够简洁的实现2 m 的汇聚：避免中心堆叠一大堆传输 设备，增加故障点； 网络设计具有良好的扩展性：能够实现未来网点的扩展，其主机性能能支 持高速板卡的扩展； 提供有效的网络投资保护：网络建设既能有效的满足现有网络建设需求， 不至于占用现有过多资源，又能很好的支撑未来网络的扩展。 有效的解决网桥+ 交换机的组网模式：既能避免汇聚主设备加以太板卡外 接一大堆网桥的方式增加的故障点，减少维护麻烦；又能避免交换机组网方式无 法彻底解决广播风暴，导致网络病毒扩散使得业务网络的瘫痪。 1 4 北京邮i 乜人学f i j ! i j 研究生论文 c p o s 光接u 板驱动设计与优化 1 1 3 解决方案 c p o s 能够有效地实现2 m 网点的数据汇聚。方案如下： s d h 的最低接入速率是1 5 5 mb i t s s ( s t m 一1 ) ，s t m 1 线路( 即我们的c p o s ) 从用户汇聚中心通过电信接入网到达电信传输机房，通过o d f ( o p t i c a lf i b e rd i s t r i b u t i o nf r a m e ，光纤配线架)接入到 a d m ( a d da n dd r o pm u l t i p l e x e r ，分插复用器) 设备，在a d m 设备上拆分成2 me 1 的p d h 线路，再通过d d f ( d i g i t a ld i s t r i b u t i o nf r a m e ，数字配线架) 和电信接 入网到达用户网点现场。从而实现6 3 路e 1 数据的传输汇总。组建相应的广域 刚。 f 而为网络结构图： 图1 1c f ，o s 应j j 的网络结构图 1 1 4c p o s 光接口板 c p o s 光接口板是北京邮电大学计算机剀络实验室与北京万林克通信技术有 限公司共同研发的产品，产品研发已经1 年多。 c p o s 光接口板采用的足s t m 一1 一 a u 4 3t u g 3 7 t u g 2 一 3 t u l 2的映射路径，从而将( 1 5 5 m s ) s t m 1 分拆为6 3 个( 2 m s ) 的e 1 数据信号，从而在“域网上实现6 3 个网点数据的汇聚。 c p o s 光接口板配合万林克通信公司的r t 8 2 4 7 和r t 8 2 5 0 主板，可以对下级 网点的数据进行汇聚，并根据路山表中的内容将数据包发送到相应的物理接口， 实现路由器的路由选择与转发功能。 北京邮电火学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 1 1 5 课题来源 本论文课题来源于本人所实习的万林克通信技术有限公司的c p o s 路由器产 品升级项目。万林克c p o s 路由器虽然已经可以与别家公司的产品进行正常通信， 但是也在不断的追求完善。采用更高性能的c p l j ，优化软件体系结构，移植软硬 件平台。本人一直负责c p o s 底层的驱动工作。在不断的维护更新优化过程中， 对这部分知识有了很深刻的了解。基于对c p o s 驱动知识的深刻理解与总结，本 论文产生了。 1 2 论文工作 1 2 1 研究目标 本论文主要目标是在对f r e e s c a l em p c8 2 x x 系列开发平台和m i n d s p e e d c x 2 8 5 0 0 、0 x 2 9 5 0 3 及c x 2 9 6 0 0 等芯片说明书的充分理解和研究的基础上，根 据现有的实验情况，基于万林克r m o s 操作系统，实现m p c 8 2 5 0 和m p c 8 2 4 7 下的c p o s 驱动模块，完成其转发数据的功能。同时，协同v 6 2 项目组其它成 员，为最大限度地利用现有硬件资源，对c p o s 软件体系结构进行优化，进一步 提高数据转发效率，从而提高路由器吞吐量。 1 2 2 工作内容及成果 本课题包括以下几方面的工作： 底层驱动软件的设计与开发( 使用c 语言开发，代码量1 0 0 0 0 行) ； 低层驱动软件的优化升级。 驱动软件模块测试，集成测试和系统测试。 目前，本人在万林克通信技术公司的r m o s 嵌入式实时操作系统平台上开发 的c p o s 光接口板卡驱动软件已经完成测试，可以与上海博达通信公司的c p o s 路由器进行通信，数据收发正常，配置命令工作正常，该款产品的主要功能已经 实现。 1 3 论文的章节安排 第一章绪论。介绍论文的背景、内容和章节安排。 第二章c p o s 路由器概述。介绍了c p o s 路由器硬件的整体架构和软件架 构，c p o s 驱动芯片的相关知识，各个芯片之间协同工作的一些知识。 1 6 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 第三章驱动程序的设计与开发。该论文的核心部分，介绍软件的开发和测 试环境，程序的结构，寄存器访问机制，关键的几个数据结构以及主要的几个 模块的设计与实现。 第四章驱动程序的优化升级。该章将要介绍驱动软件较高的v 6 2 版本， 论述v 4 2 版本的不足之处，同时讲述当前版本在v 4 2 版本上的改进和优化。 第五章系统测试。介绍了开发过程中的测试工作，包括硬件功能测试，功 能测试，集成测试。在测试中遇到的问题和应对方案。 1 7 北京邮 乜人学砂! ：研究生论文 c p o s 光接l j 板驱动改汁1 j 优化 2 1 系统概念 第二章c p o s 路由器概述 如【二章所述，c p o s 光接口板通过配套的光模块及光纤连入到光通信网络中 进行数据的收发。在我国，相关的通信网络为s d h 光通信网络，c p o s 光接口 板接收为s t m 一1 形式的数据信号。由相关信号处理芯片负责高速f 氐速信号分拆 复用处理，由h d l c 多路通道控制器芯卢 1 对数据进行收发处理。从而完成数据 汇聚转发的功能。 2 1 1 硬件架构 c p o s 路j 器是一个模块化设备，它采用p c i 捅槽方式设计以方便模块的扩 展和产品多样性，主板上柯c p u 、内存等必备部件，光接口板卡臣f jc p o s 板则 山干日应的模块构成。主板通过p c i 总线刘+ 插入的板卡进行控制。如图2 一l 所示： 囊 幽2 1c p o s 路由器硬什架构图 聪霾 从图2 一l 可以看出，c p o s 板主要由信号处理模块，h d l c 多路通道控制器， p c i 接口模块二个模块组成。 与主板相对，c p o s 通过p c i 接口模块来和主板进行数据的交瓦，在设 计中我们需要通过p c i 接【j 模块来对c p o s 板卡上的寄存器进行设置， 通过p c i 接i j 模块来触发报告芯片所产生的中断事件。 信号处理模块则使用我们选定的复用路径对从光模块进来的s t m 1 的 光信号进行分拆处理，分拆为6 3 路e 1 信号，或者将多路的e l 信号复 用为s t m 一1 信号输出。 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 首先，h d l c 多路通道控制器和信号处理芯片相配合，按照对应的时隙 映射接收和发送每个e 1 通道的数据。其次，h d l c 多路通道控制器也 会对发送的数据进行校验码的添加和包头包尾的封装，对接收的数据进 行校验和拆包。最后h d l c 多路通道控制器中的d m a 控制器负责把接 收到的数据通过p c i 放入内存中和把内存中的数据取出发送。 2 1 2 c p o s 板卡结构图 图2 - 2 c p o s 板卡结构图 如c p o s 板卡结构图所示，c p o s 的功能主要由3 颗芯片c x 2 8 5 0 0 ，c x 2 9 5 0 3 ， c x 2 9 6 0 0 组成，c x 2 9 5 0 3 ，c x 2 9 6 0 0 负责信号的分拆复用处理，c x 2 8 5 0 0 负责 数据的收发处理，通过p c i 和主板内存进行数据交互。 2 1 3 软件架构 在c p o s 路由器的软件体系结构中有五个大的模块，分别是t c p i p 协议栈， h d l c p p p 链路控制协议，m m i 模块，s y s 模块和驱动软件模块。其中，t c p 佃 协议栈是应用最广泛的网络互联协议，h d l c p p p 链路控制协议是应用广泛的广 域网通信协议，m m i 模块则负责着命令语法树的解析，接口的生成和取消等处 理过程，此外还有p i n g 程序的实现等。s y s 模块存放着各种型号设备的参数， 负责在操作系统启动后，识别出当前系统中存在的设备的种类，提供各设备驱动 软件初始化时所需要的参数，如中断号，寄存器内存映射的起始地址等。驱动软 件模块用于实现对c p o s 板卡各个模块的控制，使其正常工作，负责数据收发处 1 9 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 理。 图2 3c p o s 路由器软件体系结构 2 2 多信道同步通信控制器m u s y c c ( c x 2 8 5 0 0 ) m i n d s p e e d 公司c x 2 8 5 0 0 是一个高吞吐量的通信控制器，用于同步操作或 最多支持1 0 2 4 个数据信道的链路层应用。每个信道可以配置h d l c ，t r a n s p a r e n t 或s s 7 。m u s y c c 工作在o s i 模型的第二层，它安装在多路串行接口设备和一 个或多个主机控制器的共享缓冲内存之间。m u s y c c 不但可以作为p c i 控制器， 同时还可以提供3 2 比特本地扩展总线( e b u s ) 控制器，它允许主机处理器直接 通过m u s y c c 在p c i 上使用配置内存映射的特性来访问本地内存和物理接口设 备。m u s y c c 采用相同的链表处理结构为每一个活动的数据信道管理内存缓冲区， 它的特性允许在内存缓冲区和串口设备间以最小的主机处理器的干涉来传输数 据，从而允许主机处理器可以集中处理高层的协议栈。 2 2 1 芯片功能结构 r s l p 和t s l p 主要在接收和发送路径上提供服务。当内部f i f o 缓冲区填满 后，s l p 向d m a c 请求内存传送。s l p 联系着s e r i 和d m a c 之间的所有比特级传送， 同样与i n t c 交互来通告主机比特级处理时产生的事件和错误。 d m a 控制器管理b l p 和主机接口间的所有内存操作。它从b l p 获取请求，建 立到共享内存中数据缓冲区的访问，通过主机接口请求控制p c i 总线。 中断控制器获取来自b l p 的收发事件。它联系着内部队列描述符与共享内存 中中断队列的传送，同时通告主机未处理的中断。 北京邮电大学硕士研究生论文 c p o s 光接口板驱动设计与优化 图2 - 4 串行接口功能模块图 2 2 2 主机接口与扩展总线 h o s t i i n t e r f a c e d 钳i c e l h t xc o n t r d - 卜t x 瞻妇 $ e r i a c o n f i g u m 6 0 a h r xc o n t r o l - - p - i 啦打- r e 鲴e 糟 i 卜r xd a t 旨一 p c i - 由目妇 目 一c i o d p c i l 卜c 甜佃。卜 l d 黜 一l 出+ e x p a n s i o n ( f i 耐c f i o no i 阻b ( e b o i - 一 p c i 日 叫黜p f f 咐耙6 1 l 图2 - 5 主机接口功能模块图 如上图所示，的主机接口主要执行下述功能： 通过p c i 总线在串行接口和共享内存间传送数据 为连接到e b u s 的设备提供桥系统主机处理器 存储配置状态信息 主机接口可以执行p c i 主和从两种模式，包括m u s y c c 的p c i 配置空间和 内部寄存器。当m u s y c c 必须访问共享内存时，它会取得p c i 总线控制权，在 没有外部中断的情况下完成内存周期。 2 l 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 m u s y c c 可以为主机提供一个到e b u s 设备的p c i 桥，当需要访问时作为 一个p c i 的从设备。 m u s y c c 是一个多功能设备，拥有独立的设备空间来存储需要的配置信息。 它支持功能0 和功能l 如下所示： 功能0 ：作为h d l c 网络控制器控制所有h d l c 的处理。能够控制p c i 总线或者对来自其它总线控制器的从访问提供回应。 功能l ：对本地设备的e b u s 桥。只有当其它的总线控制器在功能1 的 地址范围内执行内存访问时才提供回应。 m u s y c c 为p c i 总线控制器提供一个必须的配置空间用于查询和配置p c i 接口。p c i 配置空间包括一个设备独立头区域( 6 4 b y t e s ) 和一个设备依赖头区域 ( 1 9 2 b y t e s ) 。 在硬件出现重置后，m u s y c c 中的p c i 配置空间需要由主机重新配置。功 能0 为m u s y c c 中的串行接口提供服务；功能l 为m u s y c c 中的e b u s 接口 提供服务。在完成配置空间的配置后，m u s y c c 才能控制p c i 总线或者提供到 主机的从模式访问。 2 2 3 内存结构集设备描述符 m u s y c c 通过位于共享内存区域的一个数据结构集与系统主机进行交互。 它同样包括一系列内部寄存器可供主机配置并对m u s y c c 进行控制。 m u s y c c 提供一个内存模型，数据可以被每一个活动的信道连续的写入或 写出共享内存的数据缓冲区。这反映了一个系统拓扑，即主机和m u s y c c 可以 共同访问共享内存来获取数据控制和数据流。由主机分配或重新分配需要的内存 空间以及空间中的数据缓冲取大小和数量。 在m u s y c c 的p c i 初始化过程中，系统控制器为每一个p c i 功能分配一个 i m b 的内存区域。该区域不能映射到任何其它的物理或共享内存。相反，系统 配置管理器分配一个逻辑内存地址区域，通报系统或总线控制器任何对这些区域 的访问都将导致p c i 访问周期。m u s y c c 通过p c i 配置周期为每一个功能分派 这些地址空间。一旦被配置，m u s y c c 成为总线上的功能化的p c i 设备。 当主机访问m u s y c c 分配的这些地址区域时，它会在p c i 总线上初始化访 问周期。当地址区域被访问，数据被主机读或写时，m u s y c c 成为一个p c i 从 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接【j 板驱动设计与优化 设备。 设备描述符部分将在第四章硬件设计中详细介绍。 下图描述了m u s y c c 用于控制使用的内存模型以及每个支持的信道组要 的数据结构。 两_ 叠甜詹甜加嬲露簟细翻崔融 图2 - 6 接收消息数据缓冲区结构 图2 3 描述了接收消息数据缓冲区的结构，发送方向消息数据缓冲区的结构 类似，我们将在第三章中对数据缓冲区及其对应的缓冲区描述进行详细的介绍。 2 3 芯片一宽带通道多路复用器( c 】【2 9 5 0 3 ) c x 2 9 5 0 3 宽带通道多路复用器是一个高度集成的芯片，它能够进行映射， 复用，分拆和成帧操作，它能够把3 个s t s 1 ，a u 3 ，d s 3 ，e 3 或者1 个a u - 4 输入转换为8 4 个d s i 或6 3 个e 1 的可用的组合。c x 2 9 5 0 3 可以被用做一个 s o n e t s d h - t o p d h 映射器，可以以5 1 m b p s ，2 m b p s 和1 5 m b p s 的速率支持 所有的标准映射，它也可以仅仅被用做一个p d h 设备。它产生和结束所有的虚 支路( v t ) 和虚容器路径开销字节。c x 2 9 5 0 3 内部包含3 个嵌入式的d s 3 e 3 成帧器，3 个支持g 7 4 7 的m 1 3 e 1 3 复用分拆单元，8 4 个嵌入式的d s l 成帧器， 6 3 个嵌入式的e l 成帧器。其他的特性包括对于所有可支持的支路，都设计了标 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 准化的告警标志符，状态监控和错误计数器，此外还拥有一个嵌入式的命令与状 态处理器，它可以替主机承担主要的网络维护操作。 c x 2 9 5 0 3 配合m i n d s p e e d 的10 2 4 通道的h d l c 控制器( c x 2 8 5 0 0 ) 和 s t s i s t m 1s o n e t s d h 成帧复用设备( c x 2 9 6 0 0 ) ，允许设备提供商为数据 通信和口终端应用开发一款高集成度的，可软件配置的系统解决方案。它可以 支持北美和欧洲的传输标准。高度的集成化降低了成帧器的开销，大幅度降低了 板卡的空间的需求。一个整套的把s t s i s t m - 4 通道化为d s l e 1 的i ph d l c 包处理方案仅仅需要3 颗芯片。 图2 7 c x 2 9 5 0 3 映射复用模块图 图2 4 展现了c x 2 9 5 0 3 内部映射复用的路径，c p o s 所采用的路径是，一 个s t s 1 从s i b u si n t e r f a c e 端进入，首先经过s t s 1 t o v c 1 2 m u x 转换为v c 1 2 ， 接着通过2l v r 2 0 v t - 12o v e r h e a d t e r m i n a t i o n g e n e r a t i o n ， 通过 e 1 v c 1 2 t r i b u t a r ym a p p e r 转换为e l 信号，最后通过e l 成帧器，转换之后的数 据通过t s b u s 与c x 2 8 5 0 0 相连接。 北京邮电大学硕士研究生论文 c p o $ 光接l 板驱动设计与优化 2 4 芯片一s o n e t s d h 多路复用器( c x 2 9 6 0 0 ) c x 2 9 6 0 0 是一个高集成度的，单端口的处理芯片，它能够进行s o n e t s d h 处理，同时对s t s 3 s t m 1 数据流具有复用拆分功能。所有的映射都与 s o n e t s d h 标准兼容，包括b e l l c o r eg r - 2 5 3 ，a n s it 1 10 5 和i t u ( 1 7 0 7 端口支持全双工的段，线，路径层，成帧，警告探测插入，和b i p 错误监 控所产生的头开销字段处理。提供了针对段和线d c c 的的串行接口。使用集成 在硬件中的位错误速率计算器可以支持自动切换保护( a p s ) ，a p s 的支持完全 与c o n e x a n t sa p s 协议栈软件包兼容。 线端接口与工业标准的l v p e c l 串行接口收发器兼容。下降端接口是一个 字节宽度的数据和时钟接口，支持s t s 1 数据流。该接口能够把负载信息提供给 附近的处理单元以s t s 1 ，v c - 4 或者v c 3 的格式。一个附加的串行数据通道被 用来支持d o w n s t r e a m 的处理。 图2 - 8 c x 2 9 6 0 0 功能结构图 c x 2 9 6 0 0 主要负责头开销的产生和消除，同时把进来的s t m 1 信号转换为 3 个s t s 1 信号通过s i b u s 与c x 2 9 5 0 3 芯片相连。 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接u 板驱动设计与优化 第三章驱动程序的设计与开发 驱动模块是整个c p o s 路由器的基础，在它之上才承载着各种协议栈及其应 用。本章将是本论文的核心内容。 作为硬件驱动的研发工作，不可避免的要涉及到硬件的相关知识，本章将在 必要的地方参考相关文档简要介绍相关的必备知识，在某些地方需要进行一些寄 存器的字段介绍和数据缓冲区描述符的介绍。 软件方面，整个驱动模块都是由笔者独立设计编写的，该章的软件设计的 v 4 2 版本，在v 6 2 版本的优化设计将在第四章进行介绍。测试部分在第五章。 3 1 开发和测试环境 3 1 1 硬件环境 路由器平台：万林克系列路由器平台，主控制器采用f r e e s c a l c 公司的 m p c 8 2 4 7 芯片。它是一个集成了高性能p o w e r p c t mr i s c 微处理器、s i u 、加密 的硬件以及许多可以用于多种应用程序特别是通信和网络系统上的通信外围控 制器的多功能通信控制芯片，具有硬件设计简单、系统可靠性高、c p u 利用率 高、成本低等特点，在许多通信产品的设计中已成为用户的首选器件。 3 1 2 操作系统平台 操作系统采用北京万林克通讯技术有限公司自行开发的嵌入式实时多任务 操作系统r m o s 。r m o s 由内核、控制台进程和接口库组成。r m o s 目标代码 不超过1 6 k ，是一个高效、精炼的专用操作系统。它可以提供进程、信箱、信号 量、事件和时钟等多种资源管理，以及进程间通信和差错告警等多种功能。在 r m o s 中内存管理采用扁平模式和绝对寻址，进程之间的地址有可能相互影响， 所以对地址的使用需要十分仔细。 3 1 3 开发工具 本地操作系统：w i n d o w sx p 北京邮电大学硕士研究生论文 c p o s 光接口板驱动设计与优化 代码编辑工具：s o u r c e l n s i g h t 开发语言：标准c 语言 编译环境：在d o s 平台上面向3 6 0 或面向8 6 0 的交叉编译环境 程序创建方式：手工通过串口和以太网下载和创建程序 3 1 4 调试手段 由于在嵌入式平台上开发和运行环境分离，调试器无法直接访问运行的进 程，导致调试手段困难。一般通过在嵌入式操作系统中插桩和采用片上调试的方 法，在主机调试器和目标系统之间建立联系来进行调试。但现阶段在r m o s 操 作系统上，主要采用重复插入控制台跟踪语句、编译、手工下载创建程序的过程 进行调试。 3 1 5 进程通信机制 万林克r m o s 系统的进程间通信机制主要采用信号量和消息传递机制。信号量主要作 为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段，常用的信号量有三种：二进制信号量是最 快捷和广泛使用的；互斥信号量是特殊的二进制信号量，主要用于提供优先级继承、安全、 删除和回溯；计数器信号量是保持信号量被释放的次数，主要用于保护一个资源的多个例程。 消息传递机制又可分为直接通信方式( 消息缓冲机制) 和间接通信方式( 信箱通信方式) 。 r m o s 系统主要采用信箱通信方式。信箱作为一种数据结构，主要有信箱头和由若干格子 组成的的信箱体。每个格子存放一封信，格子的数目和每格的大小在创建信箱时确定。进程 间通信需要满足：a ) 发送进程发送消息时，邮箱中至少有一个空格存放该消息；b ) 接收进 程接收消息时，邮箱中至少有一个消息存在。 3 2 驱动程序结构 3 2 1 驱动软件流程 巨亟盏盔 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接口板驱动设计与优化 图3 1 驱动软件流程图 驱动软件从m a i n 函数开始执行，其软件流程为： 1 i n i t s y s 从s y s 模块中得到得到当前系统的相关参数，包括：每个p c i 插槽的 m e m b a s e ，中断号，当前系统所插板卡的数目，每个p c i 插槽上设备的类型和设 备参数等。同时需要建立相应的数据结构，并对数据结构进行初始化。 2 i n i t d e v i c e 按照需求对硬件设备进行初始化，包括：p c i 配置空问的初始化，c x 2 8 5 0 0 多路通道控制器的初始化，c x 2 9 5 0 3 ，c x 2 9 6 0 0 信号处理芯片的的初始化，中断 处理函数的注册，中断使能。 3 m m i c m d p r o c 圮 s $ 系统此时会重启一个线程，对相应的消息进行处理。分为以下三种类型。 ( 1 ) 配置命令接收和处理操作，接收上层模块发给驱动模块的配置命令并进 行相应的配置操作，常见的配置命令有：接口的生成命令，接口的取消命令，显 示当前配置命令，保存当前配置命令，回环配置命令，时钟配置命令等。 ( 2 ) 系统每秒会发送一个消息给m m i 处理模块，从而对接口的状态以1 秒 为周期不停地进行扫描，对不同的情形进行处理，例如光纤的插拔，线路不稳定， 信号丢失等。 ( 3 ) h d l c 模块发送数据时，会把数据以消息的形式发送给m m i 处理模块， 然后进行发送。 3 2 2 驱动软件结构组成 北京邮电大学硕士研究生论文c p o s 光接u 板驱动设计与优化 图3 - 2 驱动软件结构组成 如图中所示，驱动软件由五个功能性的模块组成，分别是芯片初始化，硬件 中断处理，数据接收发送，接口状态扫描，配置命令处理。整个驱动软件的设计 也是围绕着这五大模块进行的。 芯片初始化模块： 该模块负责初始化p c i 和各个芯片，注册中断处理函数， 使能相关中断，动态为各个芯片分配相应的数据结构，初始化相关的变量。 硬件中断处理模块：负责处理h d l c 多路通道控制器c x 2 8 5 0 0 所引起的各种 中断，如通道使能，通道关闭，发送结束中断，数据帧接收中断，c o f a ，o w n e r 错误中断等。 数据接收发送模块：负责把上层h d l c 模块或p p p 模块传送给底层的数据放 入相应的接口发送出去，负责把接收到的数据包传送给上层模块处理，同时在此 模块中还需申请释放用来发送接收数据包的缓冲区。 接口状态扫描模块：该模块需对物理接口不停地进行扫描以取得当前通信链 路的状态，比如信号丢失，光纤的插拔等，同时，在该模块中需要在接口状态发 生变化时，对各子接口进行处理。 配置命令处理模块：该模块对m m i 传下来的配置命令进行解析，并执行相 应的配置操作，如接口的生成，接口的取消操作，回环的设置，配置命令的保存 等，并对无效的命令进行处理。 3 3 相关芯片寄存器访问机制 在c x 2 8 5 0 0 芯片中有两种寄存器地址空间，第一种包含了可以直接被主机 通过p c i 进行访问的寄存器，第二种是存在于共享内存中只能被c x 2 8 5 0 0 通过 s e r v i c er e q