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信令采集卡的總體設計方案及硬件實現(xiàn)

2011/04/08

　　由于目前NGN網絡是一個以軟交換為核心并由PSTN網絡和VoIP網絡融合在一起的復雜網絡，多種接口、多種協(xié)議、多媒體并存，PSTN與VoIP設備的兼容性、VoIP網絡內部不同設備提供商的設備兼容性、網絡設計性能與實際部署性能的差異性、語音質量的差異性等挑戰(zhàn)都嚴峻地擺在運營商面前。于是就要求NGN網絡運營商能夠對其網絡性能進行測試和分析，NGN網絡測試儀能夠解決這樣的問題。

　　本NO.7信令采集卡是基于PCI總線技術設計的，主要完成的功能為物理層的數(shù)據(jù)采集和HDLC鏈路控制。本卡根據(jù)協(xié)議的選擇主要完成NO.7信令的采集，并把數(shù)據(jù)送到NGN網絡測試儀的上層軟件進行分析。

NO.7信令采集卡的總體設計方案及硬件實現(xiàn)

　　NO.7信令采集卡是NGN網絡測試儀中非常重要的一張數(shù)據(jù)采集卡。在NGN網絡測試儀中主要完成的功能為物理層的數(shù)據(jù)采集和HDLC鏈路控制。為了滿足測試時數(shù)據(jù)流量大，方便用戶使用的要求，本卡的設計采用了自帶標準PCI協(xié)議規(guī)范的HDLC控制器（MindSpeed CN8478）、專用的E1成幀器(IDT82P2284)芯片及Windows 2000作為此卡的基本軟硬件構架。此卡的軟件驅動基于PCI框架，能夠實現(xiàn)NO.7信令的快速、穩(wěn)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網絡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信令通過帶有高阻適配器的E1數(shù)據(jù)采集線從網絡上被提取后就送到成幀器芯片IDT82P2284中，數(shù)據(jù)經過IDT82P2284處理后來到了CN8478的串口，在CN8478中形成的HDLC幀被送到上層軟件進行協(xié)議分析處理。本卡可以實現(xiàn)16路監(jiān)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網絡接口、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簡介

　　CN8478是一個PCI多功能設備，它包括了以下幾個部分：一個主接口Host Interface、8個串口Serial Interface、1個擴展總線口Expansion Bus Interface（EBUS）、一個邊界掃描口Boundary Scan and Test Access。其中，主接口又由四個部分組成：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(qū)配置區(qū)間的讀寫，串口主要完成主接口和IDT82P2284的數(shù)據(jù)傳遞，同時根據(jù)需要產生中斷，并報知PC；EBUS接口通過內置的MPU（微處理器單元）主要完成外圍設備的擴展，這里用來對IDT82P2284的寄存器讀寫以實現(xiàn)對其進行控制；邊界掃描在此系統(tǒng)中不用。圖3為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簡介

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

采集模式簡介

　　本設計所研制的N0.7信令采集卡可以實現(xiàn)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的一個串口，這時IDT82P2284和串口時鐘為 8.192MHz，由板卡上的專用時鐘芯片提供。在N×64K的采集模式下可實現(xiàn)16路的NO.7信令采集。

　　在高速2M采集模式下，同樣可對IDT82P2284進行控制，這時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(shù)據(jù)發(fā)送到CN8478的一個串口，這時IDT82P2284和串口之間的接口時鐘為2.048MHz，這個時鐘是成幀器在網絡的線上提取的。在高速2M采集模式下，可同時實現(xiàn)8路和16路的NO.7信令采集。

NO.7信令采集卡的驅動程序設計

　　1.驅動程序功能設計

　　N0.7信令采集卡驅動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，驅動程序主要任務是完成映射在主機中共享體的配置。共享體是驅動程序向操作系統(tǒng)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(shù)據(jù)緩沖區(qū)、接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的分配。

　　對成幀器IDT82P2284的配置中，主要通過微處理接口對其寄存器進行控制，來實現(xiàn)將線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.驅動程序的實現(xiàn)

　　本NO.7信令采集卡需要實現(xiàn)兩個驅動程序，分別對應CN8478的LINK驅動，IDT82P2284的PHY驅動。由于PHY驅動較簡單，所以本文主要介紹LINK驅動。

　　LINK驅動程序的編寫本設計使用了DriverWorks開發(fā)工具，它與直接用DDK編寫的驅動程序有些區(qū)別。這里主要繼承了DriverWorks提供的兩個類（即Kdriver類和KPnpDevice類）來實現(xiàn)本驅動程序。

　　Kdriver類：這個類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。在本驅動程序設計中，繼承了一個Kdriver類的派生類。在這個派生類中重載了DriverEntry例程，在這個例程中主要做一些初始化工作。另外在這個類中還包含了一個AddDevice例程，被PnP管理器調用來初始化由該驅動程序所控制的設備。

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

　　3.驅動程序的調試

　　調試本驅動程序，本設計使用了一個KDebugOnlyTrace類對象在DriverMonitor中輸出調試跟蹤信息，同時也經常借助于SoftICE來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。

驅動程序調試顯示

圖4 驅動程序調試顯示
結束語

　　對于此采集卡已經研制成功并實現(xiàn)了商用，它是NGN網絡測試儀中針對核心網測試最重要的數(shù)據(jù)采集卡之一。經過現(xiàn)場測試表明本采集卡能夠對NGN網絡中的大流量NO.7信令進行正確、穩(wěn)定采集，從而使NGN網絡測試儀實現(xiàn)了對NGN網絡協(xié)議的測試與分析。同時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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