基于PCI總線實現E1數據采集卡的設計

引言

近年來TD-SCDMA一直是通信行業關注的一個焦點，為了進一步支持TD-SCDMA產業化進展，國家對當前TD-SCDMA產業發展的各個環節給予支持［1］。我國正大力開發TD-SCDMA第三代移動通信（3G）系統，即將大規模組建3G網絡，然而卻沒有所必需的實驗研發、建網和運行測試設備，在國際上傳統通信測試儀表廠商也只推出了基于CD-MA2000和WCDMA 2種標準的測試儀表。針對這樣的情況，研制出具有自主知識產權的TD-SCDMA移動通信網絡測試儀，完善TD-SCDMA產業鏈，形成系列產品并推向市場，必將產生巨大的社會效益及經濟效益。該測試儀主要測試的接口包括Iub，Iur，IuCS，IuPS，Nc，Nb，C/D/E/G/Gr/MSCS- SCP，Gn/Gp，Gi等［2-4］，主要實現協議分析（解碼）、呼叫跟蹤、業務統計及分析、網絡異常分析、網絡分析和優化、協議仿真等功能，采用工控機結構，多鏈路、多通道的硬件由多個基于PCI總線的數據采集卡（規程板）組成。E1數據采集卡是其中的一個PCI數據采集卡，它采集的2M信令用于網絡的實時維護和管理，是TD-SCDMA網絡系統中非常重要的一部分。

1、E1數據采集卡的實現

E1數據采集卡從E1線上采集信令消息（包括七號信令等），用以監視和仿真整個通話流程?？刂屏鞒倘鐖D1所示，PCI接口芯片（HDLC控制器）是一個多功能設備，包括一個網絡控制器和一個PCI橋設備（EBUS）。網絡控制器完成時隙映射和DMA傳輸等功能；PCI橋設備完成選通和配置成幀器，其中成幀器的選通用一個CPLD來完成。信令信號在成幀器成幀后，經過HDLC控制器以DMA方式送入到PC緩沖區，用戶依據接口函數到緩沖區讀取信令數據并進行分析，數據流程如圖2所示。

圖1E1數據采集卡控制流程圖

圖2E1數據采集卡數據流程圖

2、E1數據采集卡的驅動設計

2.1開發環境設置

在開發驅動前，首先要對開發、編譯環境進行設置。WDM驅動程序開發環境及在Windows XP/Windows2000下編寫驅動程序的環境被稱為DDKFor WindowsXP/Windows2000或WindowsXP/Windows2000 DDK。DDK是一個命令行下的工作環境。在安裝DDK前需要先安裝Microsoft Visual C++和Win32 SDK（可選），安裝DDK成功后，一定要在控制面板“系統”屬性的“高級”標簽環境變量編輯器中設置好這個環境變量。對驅動程序的編譯可以通過設置VC ++的項目設置，在VC環境中直接編譯驅動程序，但改變設置的工作較繁瑣且易出錯，因此“DDKbuild.exe”編譯聯接器是構造驅動程序的主要工具?！癉DKbuild.exe”從配置文件Sources中讀出待編譯的程序的配置，包括源文件、目標文件等，從環境變量Include中得到引用文件的地址，然后調用Visual C++的編譯聯接器“Nmake.exe”進行實際的編譯聯接工作。另外，build編譯聯接器還可以通過查看DIRS文件中的偽指令，確定要編譯的驅動程序目錄列表。日志文件build.log，build.wrn，build.err中分別記錄了編譯聯接中執行的命令行、遇到的錯誤和警告。編譯完成后的文件后綴為“.sys”。

2.2驅動框架設計

驅動程序在初始化過程中，利用期間識別號（DID）、廠商識別號（VID）和檢索號（Index）搜索PCI器件，通過調用PCI BIOS確認其存在，然后利用總線號、器件號、功能號和尋址設備的PCI配置空間（Configuration Space），獲得該設備的參數。這部分可以由DRIVERWORKS的向導DriverWizard來完成。

DriverWizard為設計者生成了2個類：一是設備驅動程序類，另一個是設備應用對象類。驅動程序類主要完成WDM（Windows driver model）的DriverEntry和AddDevice例程；設備對象類就是與硬件對應的功能設備對象（FDO）類，與硬件交互的例程都是針對此類的。通過前面驅動框架設計的參數配置，驅動程序就建立了聯系，接下來就是驅動功能設計。

2.3 驅動功能設計

E1數據采集卡底層驅動程序的2個部分分別對應接口芯片的2個功能設備：HDLC控制器和成幀器。E1數據采集卡的HDLC控制器和成幀器的配置都是驅動程序通過PCI接口芯片來配置的。

HDLC控制器的配置主要完成映射的共享體的配置。共享體用于HDLC寄存器的初配、接收和發送緩沖區配置。HDLC控制器為每個信道都建立一個消息鏈表，這樣數據緩沖區可以循環利用。HDLC控制器與成幀器的對應關系決定于HDLC控制器端口映射方式的設置。 成幀器就是將E1線上的比特流整合成符合規范的HDLC幀，其中一個標準E1 HDLC幀包括32個時隙，這些時隙可以通過配置映射到HDLC控制器的端口信道上。另外，可以通過時鐘配置實現多對多、多對一的靈活時隙映射。自環也是成幀器重要的功能之一，可以將發出的數據直接導到接收端，這對早期開發很重要。成幀器提供3種自環模式，可以滿足不同階段配置的要求，具體如下。

（1）N×64 K模式。在該模式下，E1數據采集卡通過成幀器耦合，將數據導入到一個HDLC控制器端口，這樣提供的8個E1接口都可用作接收數據。另外，用戶可以根據需要和當前數據量的大小增減時隙配置。

（2）2 M模式。在該模式下，E1數據采集卡將4個成幀器與4個HDLC完全對應，最大數據量達2 Mbit/s。

（3）N×8 K模式。該模式是為某些特殊情況設計的。在有些網絡中，七號信令可能只走一個HDLC幀中一個時隙的一個或幾個比特。在這種情況下，只將該時隙的對應比特位映射到HDLC端口中，獲取準確信息。

借助于驅動的I/O接口函數，用戶可以通過API或MFC配置下層驅動。另外，為滿足用戶對信令消息的特定要求，驅動提供了控制消息長度的接口函數，用戶可以隨意采集指定長度的消息數據，便于特定檢測。

卡間同步決定了網絡測試儀實時檢測性能和仿真性能，是TD-SCDMA網絡測試儀的主要技術之一。2 M卡解決了時鐘同步問題，可實現一機多卡，為大型網絡節點的繁重數據量采集提供升級參考。

3、E1數據采集卡的驅動實現

E1數據采集卡驅動程序采用WDM結構，程序具體模塊分析如圖3所示。

圖3設備驅動程序的組成示意圖

3.1驅動程序入口點和回調例程

驅動程序有一個主要的初始化入口點——DriverEntry，當驅動被裝載時，內核就調用DriverEntry例程。在 DriverEntry里，有回調例程供內核調用，這些例程是驅動的實現主體。內核通過發送I/O請求包（IRP）來運行驅動程序中的這些例程。驅動程序入口點和回調例程功能列表如表1所示。

表1驅動程序入口點和回調例程

3.2IRP分發例程

“創建”、“關閉”、“讀”、“寫”、“CTL碼”處理的例程就叫分發例程，在本驅動中，用來產生IRP，IRP向上向下轉發、傳送數據。

3.3創建設備

每個設備接口都有一個惟一標識的GUID碼（全局惟一標識符），安裝設備驅動時，inf將該信息導入到注冊表，形成一個符號鏈接名來表示設備。這樣，操作系統在設備安裝后都能夠識別設備。

3.4資源分配

資源包括I/O端口、存儲器空間、中斷和DMA線，這些資源都是由接口提供的。例如，存儲器地址可通過KMemoryRange來找尋。

3.5硬件訪問

對硬件的訪問包括IRP串行處理例程StartIo，StartIo例程可以防止程序的不同部分同時訪問相同資源所引起的沖突，在E1數據采集卡中，StartIo例程負責上行處理接收的數據和下行的命令以及發送數據，StartIo可控性很強，能滿足采集卡對高速數據采集的要求，具體程序如下。

3.6中斷處理

中斷例程運行級別很高，windows為了保護操作系統的穩定性，禁止驅動程序調用內核函數。例如，中斷程序如果想完成IRP操作，必須要調用DPC例程：m_DpcFor_Irq.Setup（LinkTo（DpcFor_Irq），this）。

3.7驅動卸載

驅動卸載調用Pnp的IRP_MN_STOP_DE-VICE，所有申請內存和中斷必須釋放，指針置空，例程如下：

3.8測試結果

圖4給出了E1數據采集卡采集的測試結果，從中可看到E1線采集的數據經過驅動打標后，被送到了上層測試程序，具有多線路、多業務、實時性等優點，滿足了設計要求。另外，板卡經過了超過24小時的大數據量壓力測試，測試效果良好。

圖4E1數據采集卡采集測試結果

4、結束語

利用E1數據采集卡可以實時監測通信鏈路的建立、傳輸、停止等過程，并且可以通過該卡的信令發送功能，實現業務仿真，減小TD-SCDMA網絡設計風險。經多次測試證明，E1數據采集卡完全可以應用于TD-SCDMA網絡測試。該測試卡驅動代碼運行穩定高效，功能模塊明晰，可以實時升級，以滿足不同用戶功能需求。

責任編輯：gt