（计算机应用技术专业论文）umts系统中rnc+iub测试系统的实现.pdf

摘要 摘要 随着移动通信技术、计算机技术、网络技术的迅猛发展，现代移动通信技术 已迈入3 g ( 3 r dg e n e r a t i o n ) 时代。第三代移动通信系统是现代通信技术、网络技 术以及计算机技术融合的产物，它的出现将与第一代移动通信一样，会给人们的 生活方式带来革命性的变革。第三代移动通信系统系统结构比较复杂，系统内各 单元间协议种类众多，如何高效的对各类设备进行测试，从而获得更高的产品质 量、减少产品开发成本，使产品更快的走向市场，是每一个致力于3 g 研发并试图 在3 g 时代引领技术与市场的机构需要认真考虑的问题，因此通信设备的测试是一 个值得大力投入的技术领域，相信随着第三代移动通信的发展，3 g 测试产品市场 也会随之有一个大的飞跃。 本文着重介绍了第三代移动通信系统u m t s 中，一种用于无线网络控制器 ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) i u b 接口测试的系统，文中分析了该系统的硬件、软 件结构，本人在这个项目中所作的工作是设计承载r n ci u b 协议的a t m 与f l a s h 的驱动程序，文中重点介绍了这些驱动程序的实现，并对实现中遇到的具体问题 提出了可行的解决方案。 关键词：u m t s ，r n c ，i u b ，测试系统，驱动程序 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to ft h em o b i l i t yc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，t h e c o m p n t e rt e c h n o l o g y ，t h en e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h ee l e c t r o n i ct e c h n o l o g y ，t h ew o d d i ss t e p p i n gi n t o3 r dg e n e r a t i o ne r a t h e3 r dg e n e r a t i o nm o b i l i t yc o m m u n i c a t i o ns y s t e m i st h eo u t c o m em a d eb yt h ei n t e g r a t i o no fm o b i l i t yc o m m u n i c a t i o n , c o m p u t e r , n e t w o r k a n de l e c t r o n i c ，a n di tw i l lr e s u l ti nt h er e v o l u t i o n a r yc h a n g eo fh u m a n sl i f e w a y t h e s t r u c t u r eo f3 gs y s t e mi sv e r yc o m p l i c a t e d ，a n di th a sag r e a tn u m b e ro fp r o t o c o l s a m o n g t h o s ed e v i c e si n3 g s y s t e m i ti sav e r yi m p o r t a n ti s s u eh o w t ot e s tt h e s ed e v i c e s w i t l lh i g he f f i c i e n c ya n do b t a i n i n gh i g hp e r f o r m a n c ep r o d u c t s s ot e s t i n gt h o s ed e v i c e s i n3 gs y s t e mi sat e c h n i c a ld o m a i n b e i n gw o r t h yo f d e v o t i o n i nt h i sp a p e r , w ei n t r o d u c e das y s t e mu s e dt ot e s t i n gi u bp r o t o c o lo fr a d i o n e t w o r kc o n t r o l l e ri nu m t s ，t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r es t r u c t u r ew a sd e s c r i b e d m y w o r ki nt h i sp r o j e e ti st od e s i g na t md r i v e rb e a r i n gi u bp r o t o c o la n df l a s hd i r v e r ，t h e i m p l e m e n t a t i o no ft h o s ed r i v e r sw a si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r ，a n dt h ef e a s i b l er e s o l v e n t f o rt h ei s s u e sm e ti nt h i sp r o j e c tw a sb r o u g h t k e y w o r d ：u m t s ，r n c ，i u b ，t e s ts y s t e m ，d r i v e r i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，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 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我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i 9 意。 签名：主! 堕叠日期：扣。年月f 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 龆避导师虢j 塑三 日期：p d ( 年月6 日 第一章引言 1 1 背景 第一章引言 在移动通信技术飞速发展的今天，越来越多的人在接触、使用移动通信系统 提供的服务。据调查表明，我国第二代移动通信系统网络已成为世界上规模最大 的网络，中国移动与中国联通g s m 用户总数已经突破2 5 亿，然而现有的第二代 移动通信系统并不能满足人们对通信服务的要求，随着社会经济的进一步发展， 移动通信用户对话音质量提出了更高的要求，在移动数据服务方面也有了一定的 需求，这就为第三代移动通信的市场化提供了可能，在可预计的时间内，我国必 将建成全球最大的3 g 通信网络。 3 g 运营牌照的发放以后，相信3 g 网络的规模会越来越大，用户也会越来越 多，这无论是对终端生产商还是通信设备生产商来说都是一个充满机遇的巨大市 场，然而如何加快通信设备的研发进度、如何保证提供给运营商的通信设备的可 靠性，将是各通信设备生产商必须认真对待的问题，这实际上就是怎样快速地对 处于研发阶段的通信设备进行测试并找出这些设备中的缺陷。 本文将着重介绍基于w c d m a 技术的u n i t s 系统中r n c 测试解决方案， u m t s 系统是种新型的第三代移动通信网络系统，在提供了高质量的语音业务的 同时，提供高达2 m b p s 速率的分组数据业务及多媒体业务。在u m t s 系统的产业 化过程中包含有u m t s 协议的验证、设备的研发、网络部署、网络运营、网络维 护与扩容、以及新业务开发等全部过程，每个步骤都应有测试保障平台提供支撑保 障，以确保3 g 产业化的发展。 u m t s 系统中各设备之间协议接口类型众多，如果能设计出一种测试系统， 能模拟各设备问的接口，用于u m t s 系统中各设备研发过程中的测试，将会大大 提高通信设备的研发效率、节约研发成本。另外，此类测试系统也能用于运营商 通信设备的维护工作，同样会给运营商带来巨大的收益。目前，中国己处于3 g 系 统大规模应用的前夜，相信一个带有u m t s 系统中各类协议接口分析、测试功能 的系统必将拥有广阔的应用前景和市场前景。 一个完备的通信协议分析与测试系统其设计的复杂程度不亚于通信系统中任 何一个设备的复杂程度，因为要对某个协议接口进行分析测试，则测试系统本身 电子科技大学硕士学位论文 也必须实现该协议的所有功能。本文力求通过对u m t s 系统中r n c 测试系统硬件、 软件结构以及r n c i u b 接口的描述详细介绍3 g 通信测试系统的设计原理和实现方 法。 1 2 课题任务介绍及本人所做工作 本课题来自我研究生阶段参与实习的一家公司的无线控制器负载发生器项 目。该项目正是要实现一个u m t s 系统中的r n c 测试系统。该项目最终产品的功 能是提供一种u m t s 系统中，r n c 的i u b 接口的测试手段，用户能在这类产品所 提供的图形用户界面( g u i ) 上进行二次开发，设计出i u b 接口的各类测试用例， 并模拟出i u b 接口的工作环境，完成i u b 接口的功能、钡4 试与负载测试。 而本论文所讨论的所有硬件及软件实例，均来自该项目的设计，并在该系统 的测试和使用中得到验证。 该项目中，本人所做的工作如下： 1 ) 熟悉并使用t o r n a d o 集成开发环境： 2 ) 详细阅读m p c 8 2 6 0 资料，设计并实现其b s p 和多个内嵌控制模块的驱动 程序； 3 ) 分析v x w o r k s 、e n d 与驱动程序的接口： 4 ) 掌握v x w o r k s 的驱动程序管理，资源管理和中断管理； 5 ) 深入学习t c p i p 协议，并设计1 0 m 1 0 0 m 以太网驱动程序； 6 ) 详细阅读a t m 资料，理解a t m 协议原理，设计并实现a t m 驱动程序。 本论文将分为三大部分，第部分介绍u m t s 系统及r n ci u b 接口测试系统， 第二部分将主要讲述本人在r n ci u b 接口测试系统这个项目中所做的工作，第三 部分介绍r n ci u b 接口测试系统在测试r n cl u b 接口中的应用及对整个项目的总 结。 第二章u m t s 网络系统结构 2 1 概述 第二章u m t s 网络系统结构 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 通用移动通信系统是采 用w c d m a 空中接口技术的第三代移动通信系统通常也把u m t s 系统称为 w c d m a 通信系统u m t s 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构包括无线 接入网络( r a d i o a c c e s s n e t w o r k r a n ) 和核心网络( c o r e n e t w o r kc n ) 其中无线 接入网络处理所有与无线有关的功能而c n 处理u m t s 系统内所有的话音呼叫和 数据连接并实现与外部网络的交换和路由功能c n 从逻辑上分为电路交换域 ( c i r c u i ts w i t c h e dd o m a a , c s ) 和分组交换域( p a c k e ts w i t c h e dd o m a i 珥p s ) 。 u t r a n c n 与用户设各u s e r e q u i p m e n t l i e 一起构成了整个u m t s 系统其系 统结构如图2 - 1 所示l l o l 。 u e 和u t r a n ( u m t s 的陆地无线接入网络) 由全新的协议构成其设计基于 w c d m a 无线技术面c n 则采用了g s m g p r s 的定义这样可以实现网络的平滑过 渡此外在第三代网络建设的初期可以实现全球漫游。 2 2u m t s 系统网络结构 从图2 - 1 的u m t s 系统网络构成示意图中可以看出u m t s 系统的网络单元包 括如下部分： 2 21 核心网络( g o r en e t w o r k ) 负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理，主要功能实体如下： 1 ) m s c v l r m s c i r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它通过i uc s 接口与u t r a n 相连通过p s t n 接口与外部网络p s t n 等相连，通过d 接口与h l w a u c 相连， 通过e 接口与其它m s c ，l r 、s m c 相连，通过g s 接口与s g s n 相连。m s c v l r 的主要功能是提供c s 域的呼州控制、移动性管理、签权和加密等功能。 的主要动能是提供c s 域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 第二章u m t s 网络系统结构 2 1 概述 第二章u m t s 网络系统结构 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 通用移动通信系统是采 用w c d m a 空中接口技术的第三代移动通信系统通常也把u m t s 系统称为 w c d m a 通信系统u m t s 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构包括无线 接入网络( r a d i o a c c e s s n e t w o r k r a n ) 和核心网络( c o r e n e t w o r kc n ) 其中无线 接入网络处理所有与无线有关的功能而c n 处理u m t s 系统内所有的话音呼叫和 数据连接并实现与外部网络的交换和路由功能c n 从逻辑上分为电路交换域 ( c i r c u i ts w i t c h e dd o m m n ，c s ) 和分组交换域( p a c k e ts w i t c h e dd o m m n p s ) 。 u t r a nc n 与用户设备u s e r e q 证p m e m u e 一起构成了整个u m t s 系统其系 统结构如图2 1 所示1 1 。 u e 和u t r a n ( u m t s 的陆地无线接入网络) 由全新的协议构成其设计基于 w c d m a 无线技术而c n 则采用了g s m g p r s 的定义这样可以实现网络的平滑过 渡此外在第三代网络建设的初期可以实现全球漫游。 2 2u m t s 系统网络结构 从图2 一l 的u m t s 系统网络构成示意图中可以看出u m t s 系统的网络单元包 括如下部分： 2 2 1 核心网络( c o r en e t w o r k ) 负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理，主要功麓实体如下： 1 1m s c v l r m s c v l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它通过i uc s 接口与u t r a n 相连，通过p s t n 接口与外部网络p s t n 等相连，通过d 接口与h l p u a u c 相连， 通过e 接口与其它m s c v l r 、s m c 相连，通过g s 接口与s g s n 相连。m s c v l r 的主要功能是提供c s 域的呼h q 控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 电子科技大学硕士学位论文 2 1s g s n s g s n ( 服务g p r s 支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，它通过i up s 接口与u t r a n 相连，通过g n 接口与g g s n 相连，通过g r 接口与h l 叭u c 相 连，通过g s 接口与m s c v l r ，通过g d 接口与s m s s c 相连，通过g r g g p 接口 与其他s g s n 相连。s g s n 的主要功能是提供p s 域的路由转发、移动性管理、会 话管理、鉴权和加密等功能。 u t r a n 曼。憋麴曩1 蠢。 i 、_ 。g ， 。 曲 氢孓 n 、c g d ，匿乏谳i 藩：j 1 n 一l ，一j 、锄一p s 、匝瓷咐一匿 南太窜 圃、翠旧 图2 - 】u m 丁s 网络系统 3 】g g s n g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，通过g n 接口与s g s n 相连，通过g i 接口与外部数据网络i n t e m e t 相连。g g s n 提供数据 包在w c d m a 移动网和外部数据网之间的路由和封装。g g s n 主要功能是同外部 i p 分组网络的接口功能，g g s n 需要提供u e 接入外部分组网络的关口功能，从 外部网的观点来看g g s n 就好象是可寻址w c d m a 移动网络中所有用户1 p 的路 由器，需要同外部网络交换路由信息。 4 ) h l r h l r ( 归属位置寄存器) 是w c d m a 核心网c s 域和p s 域共有的功能节点， 它通过c 接口与m s c v l r 或g m s c 相连，通过g r 接口与s g s n 相连，通过g c 接口与g g s n 相连。h l r 的主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、 增强的鉴权等功能。 4 第二章u m t s 网络系统结构 2 2 2 陆地无线接入网( u m t st e r r e s t r lair a d ioa c c e s sn e t w o r k ) 陆地无线接入网分为基站( n o d eb ) 和无线网络控制器( r n c ) 两部分。 1 ) n o d e b n o d eb 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，包括无线收发信机和基 带处理部件。通过标准的i u b 接口和r n c 互连，主要完成u u 接口物理层协议的 处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩解调信道解码，还包括基带 信号和射频信号的相互转换等功能。 瑚n c r n c 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无 线资源管理控制等功能。 无线网络控制器用于控翻 u t r a n 的无线资源。它通过i u 接口与电路域( m s c ) 和分组域( s g s n ) 相连，在移动台和u t r a n 之间的无线资源控翻j ( r r c ) 协议在 此终止。它在逻辑上对应g s m 网络中的基站控制器( b s c ) 。控制n o d eb 的r n c 称为该n o d eb 的控制r n c ( c r n c ) ，c r n c 负责对其控制的小区的无线资源进 行管理。 2 2 3 用户终端设备( u s e re f l u i p m e n t ) 用户终端设备主要包括射频处理单元、基带处理单元协议栈模块以及应用层 软件模块等。u e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分 组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、i n t e m e t 应用( 如 e m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。 2 3 系统接口 从图2 1 的u m t s 网络网络结构示意图中可以看出3 gw c d m a 系统与2 g g s m 网络相比c n 部分的接口变化不大，u t r a n 部分主要有如下接口： 1 1 u u 接口 u u 接口是w c d m a 的无线接口u e 通过u u 接口接入到u m t s 系统的固定网 络部分可以说u u 接口是u m t s 系统中最重要的开放接口。 2 ) 1 u 接口 电子科技大学硕士学位论文 i u 接口是连接u t r a n 和c n 的接口类似于g s m 系统的a 接口和g b 接口i u 接口是一个开放的标准接口这也使通过i u 接口相连接的u t r a n 与c n 可以分别 由不同的设备制造商提供。 3 ) i u r 接口 i u r 接口是连接r n c 之间的接口i u r 接口是u m t s 系统特有的接口用于对r a n 中移动台的移动管理比如在不同的r n c 之间进行软切换时移动台所有数据都是通 过h l r 接口从正在工作的r n c 传到候选r n ci u r 是开放的标准接口 4 ) u b 接口 i u b 接口是连接n o d eb 与r n c 的接口i u b 接口也是一个开放的标准接口这 也使通过i u b 接口相连接的r n c 与n o d e b 可以分别由不同的设备制造商提供。 第三章r n ci u b 接口测试系统结构 第三章r n gi u b 接口测试系统结构 3 1u m t s 系统r n c 测试的要求 对于实时和嵌入式系统，软件部分即使能够满足系统的功能要求，也未必能达 到系统性能的设计要求。虽然从单元测试起，每一测试步骤都包含性能测试，但这些 都是局部的，只有当系统真正集成之后，在真实环境中才能全面、可靠地测试系统的 运行性能。性能测试的目标就是完成这一任务。性能测试有时与强度测试相结合， 需要其他软硬件的配套支持。 u m t s 系统逻辑结构复杂，接口、协议众多，对于软件测试来说是一个巨大的挑 战。如何真实的模拟高负荷、满负荷大业务量的情况，是u m t s 负载测试亟需解决 的问题。首先，进行系统的负载性能测试需要一个大的网络，而硬件资源往往是有限 的，如机框、c p u 板、物理板等都可能成为制约负载测试的因素，特别是基站 ( n o d e b ) ；其次，人为的用3 g 手机模拟大话务量需要大量的3 g 终端，其可控制性、 可操作性不强，无法定性、定量的对系统稳定性、负载性能等指标进行分析。对r n c 的测试来说用样也存在这样的问题，因此一个集软硬件为一体可以模拟移动终端 与n o d e b 信令、数据流程的测试设备对于r n c 接口的测试来说非常重要。 3 2r n cf u b 接d i n 试系统结构 i u b 接口测试系统的功能是取代u m t s 系统中真实的基站与移动终端，并模拟 i u b 接口中与这两部分相关的信令与数据流程，从而达到测试r n c l u b 接口的目的， 因此承载i u b 协议的a t m 通信接口的实现是本测试系统中关键部分之一。r n ci u b 接口测试系统的最终产品如图3 1 所示，该系统从硬件上分为c p c i 机箱主控板， i u b 接口板与c p c i 机箱三大部分。 7 电子科技大学硕士学位论文 图3 - 1u m t s 系统r n ci u b 接口测试系统 3 2 1c p c l 机箱主控板 c p c i 机箱主控板：主控板实现c p c i 总线的控制，完成测试用例的设计与生 成，分析测试结果并生成测试报告。 3 2 2lu b 接口板 i u b 接口板：完成i u b 接口的信令及数据流程的处理，模拟u m t s 系统中的基 站与移动终端，为了分担主控板的负载以及便于测试系统的扩展，i u b 接1 7 1 板与其 他接口板都具有单独的嵌入式处理系统，本系统中的i u b 接1 5 1 板采用的嵌入式c p u 为f r e e s c a l e 公司生产的m p c 8 2 6 0 ，并且具备以太网接口与承载l u b 协议的a t m 通信接口。 3 2 3c p c l 机箱 c p c i 机箱：提供主控板与各协议板卡的电气与物理接口及各板卡问通信的 c p c i 总线平台。 根据我在该测试系统项目中所承担的任务，接下来将主要分析i u b 接口板上两 种通信接口驱动程序与f l a s h 驱动程序的设计，最后就r n ci u b 接口测试系统的性 能及尚待考虑的问题作出讨论。 第四章硬件系统介绍 4 1 嵌入式g p u 第四章硬件系统介绍 c p u ( 中央处理器) 是系统中最为重要和关键的部分，直接影响系统的性能。 嵌入式c p u 除了具有普通c p u 的运算和处理功能外，还集成了大量的外围控制单 元，以简化嵌入式系统的设计并降低系统的成本。因此，在选择嵌入式c p u 时， 不但要从系统的性能要求出发，选择最接近的处理能力，同时还要考虑系统所需 要的外部接口，使得嵌入式c p u 所集成的接口单元最大限度地得以利用，提高整 个系统的性价比。 不同的c p u ，其内核结构和内嵌单元都有所不同，从而导致板级初始化 代码和相关的驱动程序发生变化。本论文以f r e e s c a l e 公司生产的m p c 8 2 6 0 为例， 介绍采用该c p u 设计的i u b 接口测试系统的设计与实现。 m p c 8 2 6 0 的性能参数如下 1 3 】： 一、m p c 8 2 6 0 内含一个e c 6 0 3 ec p u 内核，具有以下特点： 1 ) 高性能超标量体系结构微处理器； 2 1 低功耗，完全的静态h c m o s 设计； 3 ) 1 6 k 字节数据和1 6 k 字节指令缓存； 4 ) 6 4 位数据总线，3 2 位地址总线； 5 ) 1 4 种寻址模式，5 种数据类型； 6 ) 支持f r e e s c a l e 外部l 2 缓存芯片( m p c 2 6 0 5 ) 。 二、m p c 8 2 6 0 是一种应用与通信行业的嵌入式c p u ，它提供了多种通信物接 口，为了分担c p u 内核内含对通信接口的处理，m p c 8 2 6 0 内嵌了一个通信处理器 模块( c p m ) ，具有以下特点： 1 ) 支持多种通信协议的3 2 位r i s c 架构内核： 2 ) 具备与片内2 4 k 双口r a m 连接的接口，该双口r a m 被e c 6 0 3 e c p u 内 核与c p m 共享； 3 ) 三个快速通信控制器，分别支持1 0 m 1 0 0 m 以太网、a t m 、h d l c ： 4 ) 四个串行通信控制器( s c c ) ，分别支持以太网、h d l c s d l c 、u a r t 、 b i s y n c ： 9 电子科技大学硕士学位论文 5 ) 一个1 2 c 控制器； 6 ) 两个串行管理控制器( s m c ) ： 7 ) 8 个独立的波特率发生器以及2 0 个时钟输入脚，用于提供时钟给f c c 、 s m c 、s c c 以及串行通道； 8 ) 4 个独立的1 6 位定时器，可以被连接成为2 个3 2 位定时器。 三、m p c 8 2 6 0 集成了许多嵌入式系统常用的外围设备控制器，从而大大简化 了系统的设计，缩短了开发的时间。m p c 8 2 6 0 上集成了如下的外围接口和控制模 块： 1 ) 存储器控制模块：为不同的存储芯片提供了独立的接1 2 1 ，支持f l a s h ， e p r o m ，s r a m ，e d od r a m 或f a s tp a g ed r a m 等。 2 ) 内部逻辑与外部i o 独立的电源供应：采用这种供电方式可以使内部逻辑 的电平维持在较低的水平，从而达到降低功耗的目的，而又不会影响i o 与外部逻 辑的电平匹配。 3 ) 系统控制模块：主要用来配置对内部其他模块的访问和操作，如内部模块 寄存器地址，总线超时控制和总线错误状态等。 4 ) 分别用于e c 6 0 3 ec p u 内核与c p m 模块的p l l ，这样可以使e c 6 0 3 ec p u 内核与c p m 模块工作在不同的频率，从而得到最优化的功耗性能比。 5 ) 中断控制器：中断控制器用于安排内夕h 部中断的优先级，在c p u 中断响 6 ) 应期间向c p u 提供中断向量，并提供中断嵌套和中断状态记录。 7 ) 实时时钟模块：m p c 8 2 6 0 提供了一个实时时钟，该实时时钟利用外部晶 振作为时钟源，可在各种节能模式下持续工作以保证时间的正确性。实时时钟里 还包含一个看门狗定时器，用来防止系统意外死机。看门狗定时器在时间满时将 自动进行系统复位以恢复意外死机的系统重新工作。 m p c 8 2 6 0 的内部功能模块如图4 1 所示： 1 0 第四章硬件系统介绍 4 2 通信接口 图4 - 1m p c 8 2 6 0 内部功能模块原理图 一个嵌入式终端设备，必须具备最基本的输入输出设备或者与外界通信的接 口，因为本方案是在通信测试方面的应用，所以通信接口是应用于这类场合的c p u 必不可少的部分。这里将介绍m p c 8 2 6 0 的几种在l u b 测试系统中得到应用的通信 接口控制器。 4 2 1u i o p i a m p c 8 2 6 0 提供两个通用测试和操作接口( u t o p i a ) ，能够实现1 5 5 m b p s a t m s a r 功能，它用硬件完成了a t m 及a t m 适配层( a a l ) 的功能，大大降低了a t m 技术的实现复杂度。它支持a a l 0 、a a l 5 、a a l 2 等适配技术，对每个连接，可 由用户定义一个连接结构，实现用户的业务类型及服务质量需求，具有很大的灵 电子科技大学硕士学位论文 活性。 本论文以m p c 8 2 6 0 内部集成的u t o p i a 为例，详细介绍了a t m 驱动程序的 设计方法，并对驱动程序的细节问题做了深入的分析。 4 2 2 以太网 支持网络功能是嵌入式系统发展的必然趋势，本论文所介绍的i u b 接口测试系 统需要通过以太网与u m t s 系统中的g i 负载发生器进行通信，并且本方案中 v x w o r k s 应用程序开发的交互调试也是通过以太网来进行的，因此以太网接口是必 不可少的一种通信接口。m p c 8 2 6 0 的f c c ( 快速通道控制器) 可支持两个1 0 0 m b i f f s 快速以太网接口。 4 3 基本存储系统 对于一个嵌入式系统来说，基本的存储系统是必不可少的。基本存储系统包 括r a m 和非易挥发性存储器。非易挥发性存储器具有断电后内容不丢失的重要特 性，又分为只读的r o m 和可擦写的e p r o m 及f l a s h 。一般用于保存代码应选 用r o m ，但如果系统支持在线升级，运行用户更换应用程序，则必须选用可写的 f l a s h 或e p r o m 。另外，一般的嵌入式系统都要保存一些重要的参数等，由于 对参数的访问比较频繁，最好选用f l a s h 。故实际设计中，选用了两片f l a s h ， 一片用于存储程序代码，一片用于存储用户配置参数。采用f l a s h 存储程序代码 是为了提供在线升级的能力，可以对程序代码作升级修改。参数存储的f l a s h 被 频繁读写，与存储代码的f l a s h 分开可避免对代码的意外修改而导致系统崩溃。 代码f l a s h 选用i n t e l 公司的t e 2 8 f 1 6 0 c 3 ，该芯片容量为1m 1 6b i t ，将2 片 t e 2 8f 1 6 0 c 3 拼起来，数据线宽度为3 2 位，总容量为4 m b ，参数f l a s h 选用 s s t 2 8 v f 0 4 0 a ，共5 1 2 k 字节空间。f l a s h 的读写无需外部控制器，直接挂接在 板卡内总线上即可，但是f l a s h 的写入必须通过相应的驱动程序来完成，不同型 号的f l a s h ，其驱动程序往往不同。 r a m 为系统提供数据段、堆栈、堆等重要空间，可选用s r a m 或d r a m 。 s r a m 速度快但价格昂贵，多用于提供c a c h e 等重要存储系统，因此本系统中 选用常用的d r a m 作为r a m 存储系统。d r a m 采用动态刷新机制来维持其内的 信息，因此必须依靠d r a m 控制器来提供刷新信号。m p c 8 2 6 0 中集成了d r a m 第四章硬件系统介绍 控制器，通过正确的设置可驱动任意的d r a m 正常工作。实际设计中选用 h y 5 7 v 6 4 t ，共8 m 字节空间。 电子科技大学硕士学位论文 第五章软件环境介绍 5 1 软件集成开发环境 基于m p c 8 2 6 0 的嵌入式系统的软件开发环境可采用t o m a d o 集成开发环境。 t o r n a d o 集成开发环境是w i n d r i v e r 公司推出的嵌入式应用软件的开发工具，包括 编译器、链接器和调试器等功能模块。t o r n a d o 功能强大，易于使用，支持c 、c 抖 和f o r t r a n 语言的源代码，通过多语言源代码浏览器可方便直观地浏览源代码， 还可调试高级语言或混合程序。此外，编译器和调试器支持f r e e s c a l e 整个p o w e r p c 微处理器系列，为在这些芯片上的开发提供了空前的、直观的g u i i l l l 。 t o r n a d o 有许多关于编译和连接规则的设定选项，在开发不同的程序对要注意 一些重要选项的正确设置，在此对主要的选项进行解释： 一、c 十+ l g n g u a g e 选项组： 1 ) a c t i v a t ec + + c o m p i l e r ：使能c + + 编译。编译器将按照c + + 的方法来编译 程序，就算源程序只是c 。打开该选项后将导致c 抖的模块无法调用c 的模块。 2 ) a n s is t r i c t ：按照标准a n s ic 编译，在标准a n s ic 中，不允许注释， 所以打开该选项将有大量警告。 3 ) r e q u i r ef u n c t i o np r o t o t y p e s ：编译器将必须每个函数原型的显示声明，即 使该函数没被其他模块调用。 二、c + + w a r n i n g s 选项组： 1 ) t r e a ta l lw a r n i n g sa se r r o r s ：将使得编译器将所有的警告都当成错误，如 果不排除这些警告，编译将无法完成。 2 ) i l l e g a lp r a g m s ：编译器将对函数调用时传递的参数类型进行匹配检查。建 议打开该选项。 3 ) e m p t yd e c l a r a t i o n s ：编译器将对空的声明进行警告。建议打开该选项。 4 ) p o s s i b l ee r r o r s ：编译器将对可能出现错误的语句进行警告，比如空的死 的循环，自己的f o r 延时等等。建议关闭该选项。因为d r i v e r 中有大量自己的 f o r 延时，而且有时候为了调试方便加入了w h i l e ( 1 ) ；来拦截流程。 5 ) u n u s e d v a r i a b l e s ：编译器将对未使用的变量警告，建议打开该选项。 6 ) u n u s e da r g u m e n t s ：编译器将对未使用的函数参数警告，建议打开该选项。 第五章软件环境介绍 7 ) e x t e n d e de r r o rc h e c k i n g ：扩展的错误检查，编译器将对逻辑级的错误进 行警告，例如函数返回值类型不正确等等，建议打开该选项。 8 、i m p l i c i t a r i t h m e t i cc o n v e r s i o n s ：打开该选项后，所有的类型转换都必须显 式的强制类型转换，就算是i n t 到u n s i g n e di n t 都必须强制转换。该选项最好不打 开，在需要对程序严格控制时可以考虑。 5 2 驱动程序与嵌入式操作系统的关系 驱动程序本身就和操作系统结合紧密，良好的操作系统必须对所有的硬件资 源统一管理，所有的驱动程序必须向操作系统登记，并按照操作系统的要求设计 接口。应用程序要使用硬件资源，直接面向操作系统，并不与驱动程序打交道。 因此，不同的操作系统下，设备驱动程序的结构和接口都不同。 以以太网驱动程序为例。l i n u x 中将设备分为三类：字符设备、块设备和网络 设备，以太网属于网络设备。l i n u x 对每类设备都提供统一标准的接口进行访问， 每个网络设备都用一个d e v i c e 结构来表示。网络设备驱动在内核启动初始化网络 时将受控设备注册到l i n u x 中。d e v i c e 数据结构中包含有关设备的信息以及用来 支持各种网络协议的函数指针，这些函数主要用来使用网络设备传输数据，设备 使用标准网络支持机制来将接收到的数据传递到适当的协议层。所有传输与接收 的网络数据用一个s k _ b u f f 结构来表示。 实际设计中所采用的嵌入式操作系统v x w o r k s 则大不一样，它是一个精简的 嵌入式实时操作系统，并没有考虑对外设的管理问题，也不提供统一的外设接口， 因此普通设各的驱动程序只需考虑为具体应用提供的服务接口即可。但是以太网 驱动程序并不直接面向应用，而是操作系统网络功能的重要组成部分。v x w o r k s 内 核本身虽然不具备网络功能，但它提供了一个基于其上的增强型网络设备模块一 e n d ，因此以太网驱动程序主要面向e n d 提供接口服务，而且是直接通过接口函数 指针结构的方式提供服务。 v x w o r k s 嵌入式操作系统是个强实时、嵌入式多任务操作系统，适用于内存 要求较大、可靠性要求较高的嵌入式系统。v x w o r k s 的任务响应时间快速、确定， 并且不随负载大小改变。v x w o r k s 提供任务扩展处理接口，用户可以通过这些接口 扩展内核处理任务的功能。v x w o r k s 绝大部分源代码用c 语言编写，具有良好的可 移植性。v x w o r k s 提供系统配置表，用户可以根据应用的具体情况配置内核的规模。 v x w o r k s 具有以下特征： 1 5 电子科技大学硕士学位论文 一、支持实时多任务 1 ) 初始化管理：完成实时内核的初始化工作，并启动实时调度。 2 ) 任务管理：完成应用任务的管理，是操作系统内核的核心部分。它具有 创建任务、删除任务、挂起任务、解挂任务、设鼍任务优先级等功能。 3 ) 时间管理：为应用系统的实时响应提供支持，保证整个系统的实时性、正 确性，以提高整个嵌入式系统的实时工作能力。该模块允许应用任务设置和读取 系统时间；允许应用任务睡眠一段时间或睡眠到某一时刻；完成系统计时和对任 务时间片的计算。 4 ) 定时管理：完成系统的定时功能。在定时时间后调用相应的定时处理程序。 5 ) 中断管理：完成响应中断的一些必要处理，支持中断嵌套时任务堆栈和中 断专用堆栈的切换。 6 ) 任务间的通信、同步、互斥管理：本模块提供应用任务之间通信、同步和 互斥机制，对各任务之间的协调工作起着重要的作用。内核提供了三种机制： a 信箱机制完成任务间的数据传输； b 信号量机制实现任务间资源的共享与互斥及任务间的同步； c 异步通信管理支持任务间的异步通信。 7 ) 内存管理：提供申请可变大小数据块和申请固定大小数据块的管理。 8 ) 字符i ，0 管理：v x w o r k s 内核w i n d 提供大小为1 2 8 个字符的输入和输出 缓冲区，支持字符等待和接收操作。 二、v x w o r k s 可用于开发不同类型的嵌入式应用，具有如下特点： 1 )目标环境独立性：v x w o r k s 内核w i n d 需要的存储容量的小，提供了真正 的芯片级的支持。 2 ) 可扩充性：用户可以容易地将应用程序和v x w o r k s 内核w i n d 结合起来， 既可以由应用程序独立运行自己的调用程序和例程，也可以由v x w o r k s 内核w i n d 统一管理。操作系统的其它组件也可容易地加到系统中。 3 ) 位置无关性：尽管、，x w o r k s 内核w i n d 运行时不是位置无关的，但在连接 时却是位置无关的，它具有一个可重定位的目标库，可以定位到内存允许的任意 地址空间。 图5 - 1 是v x w o r k s 的基本体系结构，可以看出，v x w o r k s 操作系统包括了进 程管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络协议及系统应用等几部分。 1 6 第五章软件环境介绍 图5 - 1v x w o r k s 的基本体系结构 建立在v x w o r k s 基础上的应用系统，每一层都使用下一层提供的功能，每一 层都为其上一层定义了一个虚拟机，每一层都增加了一些功能。硬件构成了系统 的最底层，紧接着为与硬件相关的板极支持层和内核层，最上层是应用程序。 】7 电子科技大学硕士学位论文 6 1a t m 概述 第六章a t m 驱动程序实现 6 1 1a t m 信元( c e ii ) a t m 信元是a t m 传送信息的基本载体。a t m 信元采用了固定长度的信元格式， 只有5 3 字节，其中5 个字节为信头，其余的4 8 个字节为信元净荷。信元的主要 功能为确定虚通道，并完成相应的路由控制嘲。 a t m 信元的格式如图6 1 所示： 。：0 冀、二冀 。磷：1 ：一= 二一： ：= ：、v p i u _ v f r + “。m v c 工 v c ip t i 脚 r a y l 。仰 ( a ) t a r l 信头格式c b ) 础i 信头格式 图6 - a t m 信元 信头内容在u n i ( 用户网络接口) 和n n i ( 网络节点接口) 略有区别，主要由 以下几部分构成： g f c ：一般流量控