一种大容量信令采集系统的设计及实现
日期：2008-12-1 23:44:48 来源：中国自动化网
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摘 要：设计并实现了一种基于嵌入式操作系统eCos的大容量信令采集系统，描述了系统的硬件框图和软件模块并给出关键代码片断。系统为开发各种高级信令应用提供了一个良好平台。
关键词：通信网；信令采集系统；七号信令； 嵌入式系统；设计
Design and Implementation of a High Capacity Signaling Collector
Ａｂｓｔｒａｃｔ：A high capacity signaling collection system based on embedded OS eCos is designed and implemented.The hardware framework and software modules are described,some key program codes are included.The system provides a good platform for high level signaling application.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Communication network;Signaling collection system;SS7; Embedded system; Design
一、引言
随着通信技术的不断发展，通信网络日益复杂。信令是通信网的神经，支撑和控制着通信网的正常运行。七号信令是目前国内最主要的局间信令，在固定网、移动网上都得到了广泛采用。与七号信令相关的采集、监测、监控等应用有非常广阔的市场。 本文介绍一种具有网络输出接口的大容量信令采集系统的实现方案。利用此系统提供的10/100M以太网接口可以方便地进行组网和维护，并通过此接口和主机通讯开发各种高级应用功能。
七号信令系统是数字通信网中采用最多的公共信道信号技术，它由消息传递部分（MTP）和用户部分(UP)组成。随着七号信令的普及，七号信令的业务量不断增加，特别是在移动信令网上，原有64 kbps信令链路已经不能完全适应业务量增长的需求， 于是2 Mbps高速信令链路的使用日益增加。在下面的设计中，可以同时支持64 kbps和2 Mbps两种信令链路的采集，以满足不同应用的需求。
二、系统设计及实现
整个系统的功能模块如图1 所示，主要由2个部分组成：嵌入式主机和信令采集卡。信令采集卡负责从线路提取信令，嵌入式主机则完成对信令预处理及IP封包并送往网络接口卡。下面分别介绍2个部分的详细设计。
1.信令采集卡
信令采集卡是一块PCI插卡，通过PCI接口与嵌入式主机通信。信令采集卡主要使用了半导体供应商Infineon公司的2种芯片：QuadFALC PEB22554(4片)和MUNICH256F(1片)。2种芯片的连接示意图如图1中的右半部分所示。为了进一步说明系统硬件之间的连接情形,下面将详述2种芯片的对外接口。
QuadFALC PEB22554是E1/T1/J1线路接口及成帧芯片，具有功耗低、集成度高的特点。每片提供4个通路，可以通过软件配置其工作模式为E1、T1或J1。内部包含模拟功能块和数字功能块，两者由外部微控制器进行配置和控制。其外部接口主要有：
（1）线路收发接口；
（2）PCM系统Highway接口；
（3）微控制器接口。外部微控制器通过此接口和芯片进行通信，从/向芯片内部的FIFO读/写数据，读取或者设置芯片的控制寄存器和状态寄存器等。接口可选取两种模式Intel或Motorola接口形式,不同的模式将影响芯片内部FIFO中的数据与数据总线的对应方式。Intel模式是高8位数据线对应内部FIFO的奇数地址，低8位数据线对应偶数地址。而Motorola接口形式则相反。微控制器接口中的中断请求信号只有一个，具体中断源的确定需要通过访问芯片中的中断状态寄存器来确定；
（4）边界扫描接口；
（5）用于时钟控制及复位操作的控制线。芯片内部有一个灵活的时钟单元，可以接收从外部输入的从1.02~20 MHz的参考时钟。
本方案中信令卡上并没有专设一个微控制器 对QuadFALC进行控制,而是将QuadFALC的这些微控制器接口连接到MUNICH256F芯片，嵌入式主机通过PCI接口经由MUNICH256来访问这些接口，对QuadFALC芯片进行配置。
MUNICH256F是一款高集成度的协议控制芯片，可以处理256个channel的HDLC、PPP或者透明协议。其内部功能模块包括串行接口模块、时隙分配器、协议处理器、内部缓存、数据管理单元、中断控制器、PCI接口、邮箱及内部桥接电路和全局寄存器、内部总线、T1/E1成帧（无线路接口单元）、消息缓存、信令控制器、时钟同步及JTAG。值得一提的是其中的数据管理单元，它是完成片上数据缓存与嵌入式主机内存之间数据交换的重要部件。数据管理单元以链表的形式来组织每个逻辑信道的数据，收发方向各一个链表。链表中的每一个元素都是一个描述符，描述符指向接收或要发送的数据包，而存储此数据包的空间由嵌入式主机提供并组织。数据管理单元只需要知道链表头的地址就可以了，这个地址由主机在组织好存储空间后写入MUNICH256F的相应寄存器。
MUNICH256F的外部接口有如下几类：
（1）PCI总线接口类，是一组符合PCI Rev2.1规范的信号，提供信令板卡和主机之间的通信接口;
（2）SPI接口类，是一组从EEPROM加载子系统ID和子系统制造商ID到PCI的配置空间的信号，籍此可以实现设备的即插即用功能;
（3）微控制器接口类，是一组16位的微控制器接口信号（Intel或Motorola接口形式）。微控制器可以通过此接口访问片上的信令控制器及MailBox，也可以通过此接口对其他的设备进行控制。如前所述，方案中就是将此接口连接到QuadFALC芯片，实现对QuadFALC芯片的控制;
（4）串行接口，是一组串行数据收发信号，与E1线路接口芯片即QuadFALC系统接口相连接;
（5）测试及其他接口。
这样，利用QuadFALC的线路接口功能、MUNICH256F的信令处理功能及PCI接口功能，就可以满足信令采集PCI板卡的功能需求了。方案中没有采用局部微控制器来对QuadFALC和MUNICH256进行控制，而是一并交由嵌入式主机通过PCI接口控制。对于MUNICH256的各种操作寄存器，通过访问PCI配置空间的基址寄存器1获取基址之后，再根据（基址1+偏移量）的形式访问；而MUNICH256的中断是直接连接到嵌入式主机的，中断号可以通过读取PCI配置空间中的中断寄存器获得。对于QuadFALC的中断处理，是将QuadFALC的中断请求信号线串联到MUNICH256的局部微控制器接口中的 LINT引脚，MUNICH256在局部总线主控模式下可以监视此引脚的中断请求，然后转化为PCI接口中的中断请求。同样，对QuadFALC的各种寄存器的访问也可以在MUNICH256局部总线主控模式下经由PCI接口完成，访问之前需先获取PCI配置空间的基址寄存器2的值，然后以（基址2+偏移量）的形式访问。
因为方案中使用了4片QuadFALC，所以一共可以接入16路E1信号，然后提取其中的信令。
2.嵌入式主机
嵌入式主机板的主处理器为X86 CPU，以PCI插槽的形式接入网卡和信令采集卡。整个系统的功能实现至此集中在对信令卡的驱动及信令数据的IP封包上。本方案中采用了RedHat 公司的eCos嵌入式实时操作系统，在此基础上进行相关驱动程序的编写，可以极大地提高开发效率。
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关键词：通信网；信令采集系统；七号信令； 嵌入式系统；设计
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一、引言
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随着通信技术的不断发展，通信网络日益复杂。信令是通信网的神经，支撑和控制着通信网的正常运行。七号信令是目前国内最主要的局间信令，在固定网、移动网上都得到了广泛采用。与七号信令相关的采集、监测、监控等应用有非常广阔的市场。 本文介绍一种具有网络输出接口的大容量信令采集系统的实现方案。利用此系统提供的10/100M以太网接口可以方便地进行组网和维护，并通过此接口和主机通讯开发各种高级应用功能。
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七号信令系统是数字通信网中采用最多的公共信道信号技术，它由消息传递部分（MTP）和用户部分(UP)组成。随着七号信令的普及，七号信令的业务量不断增加，特别是在移动信令网上，原有64 kbps信令链路已经不能完全适应业务量增长的需求， 于是2 Mbps高速信令链路的使用日益增加。在下面的设计中，可以同时支持64 kbps和2 Mbps两种信令链路的采集，以满足不同应用的需求。
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二、系统设计及实现
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整个系统的功能模块如图1 所示，主要由2个部分组成：嵌入式主机和信令采集卡。信令采集卡负责从线路提取信令，嵌入式主机则完成对信令预处理及IP封包并送往网络接口卡。下面分别介绍2个部分的详细设计。
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1.信令采集卡
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信令采集卡是一块PCI插卡，通过PCI接口与嵌入式主机通信。信令采集卡主要使用了半导体供应商Infineon公司的2种芯片：QuadFALC PEB22554(4片)和MUNICH256F(1片)。2种芯片的连接示意图如图1中的右半部分所示。为了进一步说明系统硬件之间的连接情形,下面将详述2种芯片的对外接口。
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QuadFALC PEB22554是E1/T1/J1线路接口及成帧芯片，具有功耗低、集成度高的特点。每片提供4个通路，可以通过软件配置其工作模式为E1、T1或J1。内部包含模拟功能块和数字功能块，两者由外部微控制器进行配置和控制。其外部接口主要有：
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（1）线路收发接口；
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（2）PCM系统Highway接口；
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（3）微控制器接口。外部微控制器通过此接口和芯片进行通信，从/向芯片内部的FIFO读/写数据，读取或者设置芯片的控制寄存器和状态寄存器等。接口可选取两种模式Intel或Motorola接口形式,不同的模式将影响芯片内部FIFO中的数据与数据总线的对应方式。Intel模式是高8位数据线对应内部FIFO的奇数地址，低8位数据线对应偶数地址。而Motorola接口形式则相反。微控制器接口中的中断请求信号只有一个，具体中断源的确定需要通过访问芯片中的中断状态寄存器来确定；
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（4）边界扫描接口；
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（5）用于时钟控制及复位操作的控制线。芯片内部有一个灵活的时钟单元，可以接收从外部输入的从1.02~20 MHz的参考时钟。
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本方案中信令卡上并没有专设一个微控制器 对QuadFALC进行控制,而是将QuadFALC的这些微控制器接口连接到MUNICH256F芯片，嵌入式主机通过PCI接口经由MUNICH256来访问这些接口，对QuadFALC芯片进行配置。
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MUNICH256F是一款高集成度的协议控制芯片，可以处理256个channel的HDLC、PPP或者透明协议。其内部功能模块包括串行接口模块、时隙分配器、协议处理器、内部缓存、数据管理单元、中断控制器、PCI接口、邮箱及内部桥接电路和全局寄存器、内部总线、T1/E1成帧（无线路接口单元）、消息缓存、信令控制器、时钟同步及JTAG。值得一提的是其中的数据管理单元，它是完成片上数据缓存与嵌入式主机内存之间数据交换的重要部件。数据管理单元以链表的形式来组织每个逻辑信道的数据，收发方向各一个链表。链表中的每一个元素都是一个描述符，描述符指向接收或要发送的数据包，而存储此数据包的空间由嵌入式主机提供并组织。数据管理单元只需要知道链表头的地址就可以了，这个地址由主机在组织好存储空间后写入MUNICH256F的相应寄存器。
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MUNICH256F的外部接口有如下几类：
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（2）SPI接口类，是一组从EEPROM加载子系统ID和子系统制造商ID到PCI的配置空间的信号，籍此可以实现设备的即插即用功能;
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（3）微控制器接口类，是一组16位的微控制器接口信号（Intel或Motorola接口形式）。微控制器可以通过此接口访问片上的信令控制器及MailBox，也可以通过此接口对其他的设备进行控制。如前所述，方案中就是将此接口连接到QuadFALC芯片，实现对QuadFALC芯片的控制;
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（4）串行接口，是一组串行数据收发信号，与E1线路接口芯片即QuadFALC系统接口相连接;
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这样，利用QuadFALC的线路接口功能、MUNICH256F的信令处理功能及PCI接口功能，就可以满足信令采集PCI板卡的功能需求了。方案中没有采用局部微控制器来对QuadFALC和MUNICH256进行控制，而是一并交由嵌入式主机通过PCI接口控制。对于MUNICH256的各种操作寄存器，通过访问PCI配置空间的基址寄存器1获取基址之后，再根据（基址1+偏移量）的形式访问；而MUNICH256的中断是直接连接到嵌入式主机的，中断号可以通过读取PCI配置空间中的中断寄存器获得。对于QuadFALC的中断处理，是将QuadFALC的中断请求信号线串联到MUNICH256的局部微控制器接口中的 LINT引脚，MUNICH256在局部总线主控模式下可以监视此引脚的中断请求，然后转化为PCI接口中的中断请求。同样，对QuadFALC的各种寄存器的访问也可以在MUNICH256局部总线主控模式下经由PCI接口完成，访问之前需先获取PCI配置空间的基址寄存器2的值，然后以（基址2+偏移量）的形式访问。
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