一种面向LTE基站的SOC平台软件解决方案.docx

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1、一种面向1TE基站的SOC平台软件解决方案本文分析了基于最新SOC处理器设计的11支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。1 .前言：随着移动通值拉丕的发展，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K1TE通信网络，甚至正在研究阶段的迨通信网络，从GSM的TCH9.6Kbps,到GP结的171Kbps,再到WCDMA、TDSCDMA的384kbps,以及HSDPA的14.4Mbps,

2、再到目前1TE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、多核多幽的方向演进，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1TE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1TE基站的主流SoC芯片FreeSCaIe的B4860,片内包含4个PoWerPCCPU核以及6个SC3900DSP核，集成以太网、SR10、MAP1E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

3、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便件资源，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

4、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。面对这样一个口益庞杂的系统，我们该如何应

5、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：3.1ENEA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。3.2ENEASoC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Enea1inUX操作系统、针对多核DSP的OSECk操作系统、SoC上的管理中间件

6、和Enea系统级调试工具OP旦ma。目标系统上的各个实体由Enea的分布式透明传输模块11NX连接起来。整体系统框图如下所示：图1Enea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FreeSCa1e、Ti1SI、ADI国殳等几乎所有的最新DSP处理器，与

7、1INX模块相同的应用层A1接口，为每款DSP专门优化的内核，小至IokBfootprint,丰富的BSP及应用模块例如TimeoUtserver,另外DSP错误检测、COreDUnIP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Enea1inux操作系统或OSE硬实时操作系统。Y。Cto是一个图形化的集成开发调试环境，提供1inUX的配置、组件的自动上载、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。Enea1inUX基于YoCto的开发环境，提供针对于SOC做特别优化的1inUX版本，除此以外，针对基站开发

8、的实时性要求，提供在1inUX环境下的硬实时调度环(1WRT)0Enea1WRT是一种1inUX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匚冏的移动台和局端通信设备之中。如下图：Kemcksfhat)EneawOptimaKem1synchronousvmtbcpanCore0C牟Muteirnr*Pd1HAnKm*1图2OSE5.x系统框图OSE5.X独有的XMP模式即有SMP模式的简单易用性，

9、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、1INX工具、到IOg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。SOC之上的DSP管理模块如下图

10、所示：图3DSP管理功能框图DSP管理模块主要实现下面五大功能：(1) CPU侧对DSP执行文件的加载启动和复位。(2) CPU侧对DSP应用(包括进程和设备状态)的监控。(3) CPU侧对DSPCOredUmP事后分析的管理(包括收集COredUmp,上传服务器和在线分析)。(4)为DSP提供SheI1命令行的接入服务。(5)Enea系统级调试工具OPtima从CPU侧通过11NX通路接入DSP,用于DSP上系统的实时监控。这些功能专门针对SOC芯片中DSP核阵列的管理而设计，为基于SOC设计的基站等有CPU和大量DSP的复合系统的实现，提供可靠的解决方案。Enea的分布式透明传输模块1IN

11、X负责SOC中CPU与DSP以及DSP与DSP节点间无缝通信，针对于单芯片内的方案基于共享内存池的通信方式，高效没有数据拷贝。另外，1INX支持几乎所有的物理通信介质包括共享内存、以太网、SR10、PC1等。统一了核间、同构/异构处理器间乃至板间的通信接口,并提供保证链路可靠性的机制，使分布式系统间的通信犹如在同一个核内通信那么简单。因此，1INX的出现大大简化了分布式系统的程序设计。针对整个平台软件的调试，Enea的Optima系统级调试工具为系统的调试提供了方便。OPtinIa调试工具可以以插件的形式整合到FreeSCaIeCodeWarrior或T1CCS环境中，与JTAG代码级调试结合

12、使用。OPtima工具主要通过以太网与目标系统相连，只要目标系统中的实体有1INX链路，那么通过PC侧的Optima工具就可以看到整个分布式系统的拓扑图。OPtima可以查看CPU或者DSP上操作系统的进程状态、内存和堆的详细分配情况、CPU使用率、查看系统coredump,进行基于GDB的在线调试、实时查看系统和用户的日志等，为查看系统瓶颈、代码优化等提供方便。图4系统级调试工具OPtima图示综上，Enea针对基站开发的基于SOC的平台软件解决方案包括，面向CPU的Enea1inux操作系统和1WRT实时运行环境、针对DSP核的OSECk操作系统、SoC芯片中DSP核的管理模块以及Enea

13、系统级调试工具OPtima。这些功能满足了新一代基于SOC(CPUDSP)的基站平台软件的需求，为基站的软件架构设计提供了参考。下面介绍一个应用实例：3 .3应用实例E11ea面向基站的平台软件方案广泛地应用于爱立信、华为、诺西、阿朗、普天、大唐等大型通信设备公司的设备中，为世界通信设备的发展贡献自己的智慧。当今基站的发展日趋多样性，除了常规的MarC。型基站外，Pico或小型基站成为目前主流通信设备厂商3G、4G局端设备发展的新方向。下面简单介绍一个Enea的基站平台解决方案在1TEPiCO基站的应用实例。如下图所示：图5基站平台解决方案应用实例B4860是freesca1e针对1TE中型基

14、站的包含PowerPCCPU核和SC3900DSP核的SOC芯片，片内集成的MAP1E21TE物理层协处理器，可完整的自动处理PDSCH和PUSCH信道流程，最多可支持三个20M的1TE小区。在Enea针对这个SOC芯片的平台软件方案中，CPU侧运行Enea1inux、Enea1WRT环境以及DSP的管理模块、DSP侧运行OSECk硬实时操作系统，CPU和DSP之间使用Enea的1INX基于共享内存池的方式进行通信。通过PC侧的Optima工具进行整个系统的监控与调试。按照一般基站BBU的软件设计，物理层协议栈运行于DSP上，MAC及以上协议栈运行于CPU之上，因此对于B4860这样的芯片整体

15、软件架构如下图所示。每两个DSP核为一组，负责一个小区，每个核分别处理上行和下行数据，共六个DSP核因此对应三个1TE小区，OSECk可提供实时的调度性能以满足物理层对实时性的需要，同时基于共享内存池的11NX交互模块提供DSP与DSP,CPU与DSP间的高效无缝通信。CPU核上的MAC层及高层协议栈中对性能敏感的部分，运行于ErIea的1WRT实时环境之上，可对1irIUX之上的应用提供实时的性能的保证，使之符合1TE的ImS限制的调度要求。对于实时性要求不高的部分，可直接运行于Enea1inUX之上，例如运维等部分。本套软件方案已应用于此客户的量产型基站产品中。45 .结论：本文介绍了ErIea面向SoC处理器基站的平台软件解决方案。详细介绍了方案的组成，包括面向CPU核的Enea1inux操作系统和1WRT实时运行环境或OSE硬实时操作系统、针对DSP核的OSECk操作系统、DSP核的管理模块、Enea系统级调试工具OPtima以及Enea的分布式透明传输模块1INX。文章突出了此方案的优点以及应用的实例，为新一代基站的软件架构设计提供了参考。