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本文分析了基于最新SOC处理器设计的LTE基站对于平台软件的功能需求。针对基于SOC的基站平台软件应用中所遇到的问题, 提出了Enea面向于基站中SOC处理器的平台软件解决方案, 给出了详细的实现过程及应用实例, 该方案对基站平台软件的设计提供了新的思路。

本文引用地址: http://embed.21ic.com/hardware/processor/201802/50636.html

1.前言:

随着移动通信技术的发展,从最早的第一代模拟无线网络、第二代GSM通信网络、第三代3G通信网络、直到目前商用的4G LTE通信网络,甚至正在研究阶段的5G通信网络,从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,数据的传输速率越来越快。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,从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,随着芯片集成度越来越高,融合多CPU和多DSP核的单芯片SOC解决方案成为目前LTE基站设计的热点。

在融合CPU和DSP的单芯片SOC中,一般包含多个CPU和DSP核,以及大量的片内外设,例如目前LTE基站的主流SOC芯片Freescale的B4860,片内包含4个PowerPC CPU核以及6个SC3900 DSP核,集成以太网、SRIO、MAPLE算法加速器等大量外设。随着芯片硬件的复杂度提高,对于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。

下文介绍一种面向基站平台处理单板的基于融合SOC处理器的平台软件解决方案。

2.基站平台软件方案的特点:

2.1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)。一般把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、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。一个优秀的、功能丰富的平台软件层,可以使应用层的设计实现变得尤为简单,其高可靠性又可使整个系统变得更为强壮。因此选择一个好的平台软件层,对整个基站性能至关重要。

2.2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,单板之上的包含多核DSP和多核CPU的融合SOC芯片系统成为未来的发展趋势。复杂的多核SOC系统,对平台软件功能提出了更高的要求。

对于一个多核CPU+DSP的SOC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,如何有效地进行跨核乃至跨处理器间的通信,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。

面对这样一个日益庞杂的系统,我们该如何应对?

下文重点介绍Enea面向SOC(CPU+DSP)基站设计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。

3.Enea面向基站的平台软件解决方案:

3.1 ENEA简介

Enea源自于1968年,于1989年在瑞典上市,是全球网络和终端软件供应商的领导者,专注于通讯领域实时操作系统和平台软件。作为一家走过半个世纪的,服务于全球主要的的网络和终端软件供应商,Enea以其先进技术为通信领域的发展提供源源不绝的动力。

3.2 ENEA SOC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Enea Linux操作系统、针对多核DSP的OSEck操作系统、SOC上的管理中间件和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。整体系统框图如下所示:

 

1.jpg

图1 Enea平台软件方案框图

Enea的平台软件解决方案为单板之上的包含多核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的IPC工具。

在SOC的DSP侧,Enea的OSEck操作系统为DSP的软件架构和编程提供了可靠的选择。OSEck是Enea专门针对DSP进行优化的精简高效的实时操作系统,也是业内最优秀商用的面向DSP的操作系统。OSEck支持Freescale、TI、LSI、ADI、CEVA等几乎所有的最新DSP处理器,与LINX模块相同的应用层API接口,为每款DSP专门优化的内核,小至10kB footprint,丰富的BSP及应用模块例如TImeout server,另外DSP错误检测、CoreDump模块等为程序的设计以及系统的出错追踪提供了更多的可能。

在SOC的CPU侧,提供基于Yocto开发环境的Enea Linux操作系统或OSE硬实时操作系统。Yocto是一个图形化的集成开发调试环境,提供Linux的配置、组件的自动下载、编译、调试、性能监控等功能,受到各大主流芯片以及嵌入式软件提供商的支持。Enea Linux基于Yocto的开发环境,提供针对于SOC做特别优化的Linux版本,除此以外,针对基站开发的实时性要求,提供在Linux环境下的硬实时调度环(LWRT)。Enea LWRT是一种Linux用户空间的多核执行环境,任务调度时间、中断响应时间都是高性能、可确定性的,对满足基站高层协议栈的性能要求尤为重要。

在CPU侧也可使用OSE操作系统,这是Enea针对多核CPU作专门优化的操作系统,支持几乎所有类型的CPU,广泛地应用于各大通信厂商的移动台和局端通信设备之中。如下图:

 

2.jpg

图2 OSE 5.x系统框图

OSE 5.x独有的XMP模式即有SMP模式的简单易用性,又具有到AMP模式的性能,为平台软件CPU侧的软件架构设计提供了方便。OSE的直接消息传递机制和集中式错误处理大大简化了编程的工作,OSE丰富的模块,文件系统、IP协议栈、动态加载模块、LINX工具、ramlog工具、OpTIma系统级调试工具,这一切功能都节约了开发工作时间,加快了产品化速度。

对于基于SOC(CPU+DSP)的基站平台来说,DSP数量较多,并用于物理层协议栈、甚至MAC层的业务处理,并由SOC的CPU侧来进行管理。如何管理、监控和调试这样一个数量庞大的DSP核阵列是一个需要考虑的问题。Enea针对这一需求推出的DSP管理模块从根本上解决了这一问题。

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