自从世界上第一个商用移动通信系统(AMPS模拟蜂窝系统)问世以来,历史已经过了32个年头。移动通信是当代通信领域内发展最快、市场前景最好的部分。从80年代以来,移动通信技术已从第一代(模拟系统)、第二代(GSM)发展到第三代(3G),乃至目前的4G(LTE-TDD、LTE-FDD),而且4G技术已成为国际上最受重视的领域。
无线接入网是移动通信技术的核心。空口是无线接入网中的核心接口,因此可以说无线基站是无线接入网中的核心单元。随着通信技术的不断演进,人们对移动数据业务的需求也不断提高,从GSM的TCH9.6Kbps,到GPRS的171Kbps,到WCDMA、TDSCDMA的384kbps,到HSDPA的14.4Mbps,再到目前LTE-TDD、LTE-FDD的下行100Mbps.数据处理能力的增加对无线基站平台提出了越来越高的要求,因而无线基站处理单板的设计也越来越复杂,逐步向多核多CPU、多核多DSP的方向演进。如何管理如此复杂的系统,对基站平台的软件设计与规划提出了更高的要求。
下文将介绍一种面向基站平台处理单板的多核CPU及多核DSP的平台软件解决方案。
基站平台软件的定义
基站的功能由机架上的业务子板来实现,子板上的软件一般分为驱动层、操作系统层和应用层(协议层和运维部分),而一般又将驱动层和操作系统层统称为平台软件层。平台软件层负责管理硬件资源,为应用层提供服务,包括资源分配、任务调度、冗错处理、文件系统接口、IP协议栈和驱动封装等。
可以说一切应用层的设计都是基于平台软件层的架构来实现的。一个优秀的功能丰富的平台软件层,可使应用层的设计实现变得尤为简单,同时,其高可靠性又可使整个系统变得更加强壮。因此选择一个好的平台软件层对整个基站的性能至关重要。
目前面临的问题
随着通信技术的演进,对基站数据处理能力的要求也越来越高,单板上的多核多CPU、多核多DSP系统成为了未来的发展趋势。复杂的多核多处理器系统对平台软件功能提出了更高的要求。
对于一个多核CPU和多核DSP的系统,如何管理多核CPU上的资源和任务调度?如何为多核DSP提供高效稳定的操作系统?如何管理如此庞大的DSP阵列?如何有效进行跨核乃至跨处理器间的通信?以及如何对这样的多核CPU和DSP的复合系统进行调试和日志追踪?这一切都对平台软件提出了新的挑战。
另一方面随着基站的多样化,Pico、Femto等小型微型基站成为了下一个热点。未来类似Freescale PSC913x这样的多核CPU多核DSP集成芯片的应用,对基站平台软件提出了更高的要求。
面对这样一个日益庞杂的系统,我们应该如何应对?下文将重点介绍宜能公司(Enea)面向基站的平台软件解决方案,相信能为未来基站软件的设计提供帮助。
Enea面向基站的平台软件解决方案
Enea的平台软件解决方案由四大部分组成,包括面向多核CPU的OSE操作系统,针对多核DSP的OSEck操作系统,DSP集群管理软件dSPEED,以及Enea系统级调试工具Optima.目标系统上的各个实体由Enea的分布式透明传输模块LINX连接起来。整体系统框图如图1所示。
Enea的平台软件解决方案为多核CPU+多核DSP的目标系统提供了完整的软件架构,丰富的调试监测功能,以及简单实用的高可靠通信IPC工具。
在DSP侧,Enea的OSEck操作系统为DSP软件架构和编程提供了可靠选择。OSEck是Enea专门针对DSP而优化的精简高效的实时操作系统。OSEck支持Freescale、TI、LSI、ADI、CEVA等几乎所有的最新DSP处理器。它具有与OSE相同的应用层API接口,针对每款DSP专门优化的内核,小至10kB的占用空间,以及丰富的BSP和应用模块,例如超时服务程序(Timeout server),针对DSP优化的IP协议栈和核心转储(CoreDump)模块等,为程序的设计及系统的出错追踪提供了更多的可能。
对于基站平台来说,业务板上的DSP数量较多。DSP用于并行处理L1和MAC层的业务,并作为CPU侧的从处理器。如何管理、监控和调试这样一个数量庞大的DSP阵列是一个需要考虑的问题。Enea针对这一需求而推出的dSPEED(DSP阵列管理工具)从根本上解决了这一问题。
dSPEED由两部分组成,一部分(DMP)安装在CPU侧的操作系统上,另一部分(DP)则安装在DSP侧的操作系统上,如图2所示。