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作者: Enea 隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，從最早的第一代模擬無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、第二代GSM通信網(wǎng)絡(luò )、第三代3G通信網(wǎng)絡(luò )、直到目前商用的4G LTE通信網(wǎng)絡(luò )，甚至正在研究階段的5G通信網(wǎng)絡(luò )，從GSM 的TCH9.6Kbps，到GPRS的171Kbps，再到WCDMA、TDSCDMA的384kbps，以及HSDPA的14.4Mbps，再到目前LTE的下行100Mbps，數據的傳輸速率越來(lái)越快。數據處理能力的增加對無(wú)線(xiàn)基站平臺提出了越來(lái)越高的要求，從而無(wú)線(xiàn)基站處理單板的設計也越來(lái)越復雜，逐步向多核多CPU、多核多DSP的方向演進(jìn)，隨著(zhù)芯片集成度越來(lái)越高，融合多CPU和多DSP核的單芯片SOC解決方案成為目前LTE基站設計的熱點(diǎn)。 在融合CPU和DSP的單芯片SoC中，一般包含多個(gè)CPU和DSP核，以及大量的片內外設，例如目前LTE基站的主流SoC芯片Freescale的B4860，片內包含4個(gè)PowerPC CPU核以及6個(gè)SC3900 DSP核，集成以太網(wǎng)、SRIO、MAPLE算法加速器等大量外設。隨著(zhù)芯片硬件的復雜度提高，對于如何管理如此復雜的系統，對基站平臺的軟件設計與規劃提出了更高的要求。 下文介紹一種面向基站平臺處理單板的基于融合SoC處理器的平臺軟件解決方案。 1、Enea SoC平臺軟件解決方案 Enea的平臺軟件解決方案由四大部分組成，包括面向多核CPU的OSE操作系統、SoC上的DSP管理中間件和Enea系統級調試工具Optima。目標系統上的各個(gè)實(shí)體由Enea的分布式透明傳輸模塊LINX連接起來(lái)。整體系統框圖如下所示： 
圖1:Enea平臺軟件方案框圖 Enea的平臺軟件解決方案為單板之上的包含多核DSP和多核CPU的融合SoC芯片提供了完整的軟件架構、豐富的調試監測功能以及簡(jiǎn)單實(shí)用的高可靠通信的IPC工具。 在CPU側使用OSE操作系統，這是Enea針對多核CPU作專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的操作系統，支持幾乎所有類(lèi)型的CPU，廣泛地應用于各大通信廠(chǎng)商的移動(dòng)臺和局端通信設備之中。
圖2:OSE 5.x 混合AMP/SMP 框圖 OSE 5.x獨有的XMP模式即有SMP模式的簡(jiǎn)單易用性，又具有到AMP模式的性能，為平臺軟件CPU側的軟件架構設計提供了方便。OSE的直接消息傳遞機制和集中式錯誤處理大大簡(jiǎn)化了編程的工作，OSE豐富的模塊，文件系統、IP協(xié)議棧、動(dòng)態(tài)加載模塊、LINX工具、ramlog工具、Optima系統級調試工具，這一切功能都節約了開(kāi)發(fā)工作時(shí)間，加快了產(chǎn)品化速度。 對于基于SOC（CPU+DSP）的基站平臺來(lái)說(shuō)，DSP數量較多，并用于物理層協(xié)議棧、甚至MAC層的業(yè)務(wù)處理，并由SoC的CPU側來(lái)進(jìn)行管理。如何管理、監控和調試這樣一個(gè)數量龐大的DSP核陣列是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。Enea針對這一需求推出的DSP管理模塊從根本上解決了這一問(wèn)題。 DSP管理模塊主要實(shí)現下面五大功能： （1） CPU側對DSP執行文件的加載啟動(dòng)和復位。 （2） CPU側對DSP 應用（包括進(jìn)程和設備狀態(tài)）的監控。 （3） CPU側對DSP coredump事后分析的管理（包括收集coredump，上傳服務(wù)器和在線(xiàn)分析）。 （4） 為DSP提供Shell命令行的接入服務(wù)。 （5） Enea系統級調試工具Optima從CPU側通過(guò)LINX通路接入DSP，用于DSP上系統的實(shí)時(shí)監控。 這些功能專(zhuān)門(mén)針對SoC芯片中DSP核陣列的管理而設計，為基于SOC設計的基站等有CPU和大量DSP的復合系統的實(shí)現，提供可靠的解決方案。 Enea的分布式透明傳輸模塊LINX負責SoC中CPU與DSP、以及DSP與DSP節點(diǎn)間無(wú)縫通信，針對于單芯片內的方案基于共享內存池的通信方式，高效沒(méi)有數據拷貝。另外，LINX支持幾乎所有的物理通信介質(zhì)包括共享內存、以太網(wǎng)、sRIO、PCI等。統一了核間、同構/異構處理器間乃至板間的通信接口，并提供保證鏈路可靠性的機制，使分布式系統間的通信猶如在同一個(gè)核內通信那么簡(jiǎn)單。因此，LINX的出現大大簡(jiǎn)化了分布式系統的程序設計。 針對整個(gè)平臺軟件的調試，Enea的Optima系統級調試工具為系統的調試提供了方便。Optima調試工具可以以插件的形式整合到CodeWarrior或TI CCS環(huán)境中，與JTAG代碼級調試結合使用。Optima工具主要通過(guò)以太網(wǎng)與目標系統相連，只要目標系統中的實(shí)體有LINX鏈路，那么通過(guò)PC側的Optima工具就可以看到整個(gè)分布式系統的拓撲圖。Optima可以查看CPU或者DSP上操作系統的進(jìn)程狀態(tài)、內存和堆的詳細分配情況、CPU使用率、查看系統coredump、進(jìn)行基于GDB的在線(xiàn)調試、實(shí)時(shí)查看系統和用戶(hù)的日志等，為查看系統瓶頸、代碼優(yōu)化等提供方便。
圖3:系統級調試工具Optima 圖示 綜上，Enea針對基站開(kāi)發(fā)的基于SoC的平臺軟件解決方案包括，面向CPU的OSE硬實(shí)時(shí)操作系統和SoC芯片中DSP核的管理模塊以及Enea系統級調試工具Optima。這些功能滿(mǎn)足了新一代基于SoC(CPU+DSP)的基站平臺軟件的需求，為基站的軟件架構設計提供了參考。下面介紹一個(gè)應用實(shí)例： 2、應用實(shí)例 當今基站的發(fā)展日趨多樣性。目前越來(lái)越多主流通信設備廠(chǎng)商3G、4G局端設備中采用SoC的設計方案，因此本方案對于當前基站設計有越來(lái)越大的參考意義。下面簡(jiǎn)單介紹一個(gè)Enea的基站平臺解決方案在LTE 宏基站的應用實(shí)例。如下圖所示：
圖4:宏基站平臺解決方案應用實(shí)例 B4860是Freescale針對LTE中型基站的包含PowerPC CPU核和SC3900 DSP核的SoC芯片，片內集成的MAPLE2 LTE物理層協(xié)處理器，可完整的自動(dòng)處理PDSCH和PUSCH信道流程，最多可支持三個(gè)20M的LTE小區。在Enea針對這個(gè)SoC芯片的平臺軟件方案中，CPU側運行OSE硬實(shí)時(shí)操作系統以及DSP的管理模塊，CPU和DSP之間使用Enea的LINX基于共享內存池的方式進(jìn)行通信。通過(guò)PC側的Optima工具進(jìn)行整個(gè)系統的監控與調試。 按照一般基站BBU的軟件設計，物理層協(xié)議棧運行于DSP上，MAC及以上協(xié)議棧運行于CPU之上，因此對于B4860這樣的芯片整體軟件架構如下圖所示。每?jì)蓚�(gè)DSP核為一組，負責一個(gè)小區，每個(gè)核分別處理上行和下行數據，共六個(gè)DSP核因此對應三個(gè)LTE小區，可提供實(shí)時(shí)的調度性能以滿(mǎn)足物理層對實(shí)時(shí)性的需要，同時(shí)基于共享內存池的LINX交互模塊提供DSP與DSP，CPU與DSP間的高效無(wú)縫通信。CPU核上的MAC層及高層協(xié)議棧中對性能敏感的部分，運行于Enea OSE的應用提供實(shí)時(shí)的性能的保證，使之符合LTE的1ms限制的調度要求。對于實(shí)時(shí)性要求不高的部分，可直接運行于MCP上的Enea Linux之上，例如運維等部分。本套軟件方案已應用于此客戶(hù)的量產(chǎn)型基站產(chǎn)品中。 |
