基于DSP和PCI總線的通信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章
隨著移動(dòng)通信突飛猛進(jìn)的發(fā)展,移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量急劇上升,監(jiān)控大容量的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成了電信運(yùn)營商刻不容緩的需求。而移動(dòng)通信數(shù)據(jù)的傳輸一般都是基于E1鏈路。因此從E1鏈路上采集通信數(shù)據(jù)成了移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)監(jiān)控最基礎(chǔ)的一部分。
數(shù)字信號(hào)處理器能夠高速地處理數(shù)據(jù)并具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)吞吐能力,在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。而PCI總線也因?yàn)闃O高的數(shù)據(jù)傳輸速率、與處理器無關(guān)、能支持多個(gè)外設(shè)等獨(dú)特性能,逐漸成為數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域微機(jī)總線的主流。本文中的采集系統(tǒng)就是運(yùn)用TI公司的TMS320C5410高速定點(diǎn)DSP和PLX公司的PCI9052 PCI總線接口芯片來搭建的。
1 系統(tǒng)功能概述
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要,系統(tǒng)的主要功能有:
(1)可以同時(shí)采集處理一條E1鏈路上所有32個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù);
(2)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈路層協(xié)議解包后,重新打包成特定的格式,交給上層系統(tǒng)(PC機(jī))保存或進(jìn)一步處理。對(duì)鏈路數(shù)據(jù)狀態(tài)和采集的統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè),定時(shí)生成報(bào)表,交給上層系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示;
(3)系統(tǒng)應(yīng)具有盡量大的軟件升級(jí)功能和靈活性,便于系統(tǒng)提高性能或者應(yīng)用于其他通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集。
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要是如何實(shí)現(xiàn)DSP與PCI9052之間高效率的數(shù)據(jù)通信。如果PCI9052和數(shù)據(jù)采集芯片共用一條總線,勢(shì)必會(huì)造成數(shù)據(jù)讀寫上的沖突,影響工作效率,因此在系統(tǒng)中PCI9052通過DSP上專門的高速主機(jī)通信接口(host port interface,以下簡(jiǎn)稱HPI口)和DSP進(jìn)行通信。但是HPI口總線是一個(gè)非常特殊的總線,它采用訪問寄存器的方式來進(jìn)行DSP內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀寫,把HPI口單純映射到PCI的I/O空間或者存儲(chǔ)器空間,有不可避免的缺點(diǎn)。本文提出了一種雙映射方法,成功地解決了這一問題,實(shí)現(xiàn)了DSP與PCI9052之間方便、高速的數(shù)據(jù)通信。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)硬件系統(tǒng)主要由DSP、PCI總線接口芯片和鏈路數(shù)據(jù)采集芯片組成。
本系統(tǒng)采用TI公司的TMS320C5410(以下簡(jiǎn)稱C5410)DSP,該芯片的特點(diǎn)有[1][2]:
·處理能力可達(dá)到100MIPS;
·采用多總線技術(shù),一條指令可以同時(shí)訪問數(shù)據(jù)和程序空間,具有高度并行性;
·具有改進(jìn)型的8位HPI接口,主機(jī)通過HPI口可以訪問DSP系統(tǒng)的任何一個(gè)存儲(chǔ)器單元,而且外部訪問和DSP內(nèi)部操作相互獨(dú)立,互不干擾;
·軟件可編程的等待狀態(tài)發(fā)生器,可以靈活地用不同速度的器件組建系統(tǒng)。
PCI接口芯片采用PLX公司的PCI9052,它是一款面向低端應(yīng)用的高性能、工作在目標(biāo)模式下的PCI接口芯片。PCI9052的本地總線寬度可以通過編程配置成8位、16位和32位,字節(jié)順序也可編程選擇,它提供了4個(gè)本地地址片選和5個(gè)本地地址空間[3]。這些特征為用戶搭建PCI板卡帶來了極大的方便和靈活性。
數(shù)據(jù)采集芯片采用了PMC公司的PMC4351。它可以同時(shí)采集三個(gè)時(shí)隙上的數(shù)據(jù),可以通過編程選擇采集或輸出T1、E1數(shù)據(jù),支持HDLC協(xié)議,可以進(jìn)行去除CRC標(biāo)志、復(fù)幀標(biāo)志等預(yù)處理,為每個(gè)時(shí)隙提供128字節(jié)的發(fā)送FIFO和接收FIFO,有很完善的處理器接口。為了能夠同時(shí)采集一整條E1鏈路上的數(shù)據(jù),本系統(tǒng)采用了11片PMC4351組成鏈路數(shù)據(jù)接口單元。各個(gè)芯片之間的接口利用CPLD來完成,它的可編程性為各個(gè)組成部分之間的控制和通信提供了相當(dāng)大的靈活性,也省去了大量外部電路,保證了硬件的方便調(diào)試和穩(wěn)定工作。
具體的硬件框圖如圖1所示。
3 DSP的HPI 接口與PCI9052的連接
C5410上的增強(qiáng)型8位HPI口為上層系統(tǒng)提供了一個(gè)靈活訪問DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器的并行數(shù)據(jù)口。上層系統(tǒng)可以通過HPI口自由地讀寫DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器中的任何一個(gè)單元。并且C5410為HPI口提供了專門的中斷線,這樣兩個(gè)系統(tǒng)可以通過中斷進(jìn)行控制信息交互。HPI為上層系統(tǒng)的訪問提供了四個(gè)端口,通過這四個(gè)端口上層系統(tǒng)可以讀寫HPI的地址寄存器(HPIA)和控制寄存器(HPIC);通過另外兩個(gè)端口HPIDC和HPIDS來分別連續(xù)和單個(gè)讀寫C5410存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。這四個(gè)端口由HCNTL0和HCNTL1來尋址,它們的地址分配如表1所示[2]。
本系統(tǒng)采取雙映射方式來完成C5410與PCI9052的連接。第一個(gè)映射是將HPI口的四個(gè)寄存器分別映射到PCI空間的四個(gè)16位I/O口上。上層系統(tǒng)可以通過訪問I/O端口的方式來訪問這四個(gè)寄存器,而依照HPI口的工作流程就可以間接地訪問C5410內(nèi)部存儲(chǔ)器。這四個(gè)寄存器和PCI9052本地I/O空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:
HPIC——100H
HPIDC——104H
HPIA——108H
HPIDS——10CH
在這種映射方式下,上層系統(tǒng)可以通過PCI的I/O訪問方式直接訪問HPI口的四個(gè)寄存器,操作很直觀。但是由于I/O訪問無法進(jìn)行突發(fā)傳輸,大大限制了數(shù)據(jù)傳輸速度。
第二種映射方式是將HPIDC寄存器映射成PCI空間的一個(gè)長(zhǎng)度為2000H的8位存儲(chǔ)器塊。上層系統(tǒng)對(duì)該地址空間內(nèi)任一單元的讀寫操作都會(huì)被映射成對(duì)HPIDC的讀寫訪問,因此從該空間內(nèi)讀取一個(gè)長(zhǎng)度為2000H的存儲(chǔ)器塊就會(huì)被映射成對(duì)HPIDC的2000H次讀取操作,效果等效于從DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器中讀取連續(xù)1000H個(gè)16位字。寫入的情況也類似。由上述可以看出,實(shí)際上這種模式形成了一個(gè)PCI存儲(chǔ)器空間和DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器空間之間一一對(duì)應(yīng)的直接映射。
在這種模式下,數(shù)據(jù)在PCI總線上可以突發(fā)傳輸,所以大大提高了數(shù)據(jù)讀寫速度。但是如果把四個(gè)寄存器都映射為這個(gè)模式,接口邏輯會(huì)變得非常復(fù)雜。
上述兩種模式都有局限性,因此本系統(tǒng)同時(shí)采用了兩種映射模式。利用I/O映射來訪問控制、地址寄存器和單個(gè)數(shù)據(jù)口,而用存儲(chǔ)器映射來訪問連續(xù)數(shù)據(jù)口。
在這種配置方法下,PCI9052和HPI口之間的硬件連接,主要利用PCI9052的讀寫控制信號(hào)ADS#、LBE[3..0]#、LW/R#、LRDY#和部分地址信號(hào)LA[3..2]進(jìn)行簡(jiǎn)單的時(shí)序和邏輯轉(zhuǎn)換后來生成HPI口的讀寫控制信號(hào)HBIL、HDS1#、HCNTL0/1、HR/W#。由于HPI口的訪問時(shí)鐘是C5410的外部頻率CLKOUT的5分頻,所以PCI9052的本地時(shí)鐘采用CLKOUT/5。
所有控制信號(hào)的接口邏輯和時(shí)序轉(zhuǎn)換都是由CPLD來完成,具體的連接方式如圖2所示。
4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理需要在C5410數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中開辟三種存儲(chǔ)塊:一種是DATA BUFFER,它與PMC4351中各個(gè)時(shí)隙的FIFO一一對(duì)應(yīng),用于緩存每個(gè)時(shí)隙上采集到的消息數(shù)據(jù);第二種是DATA POOL(大小為1000H字),這是一個(gè)消息數(shù)據(jù)池,消息數(shù)據(jù)在DATA BUFFER中存滿一整條消息后,就進(jìn)行一些相應(yīng)的預(yù)處理,加上一些TS包頭后,形成一個(gè)新的消息包,存入到DATA POOL中;另外還要再開辟一個(gè)大小為1000H字的存儲(chǔ)塊HPI RAM,用于上層系統(tǒng)通過HPI來訪問,這樣就將DSP的數(shù)據(jù)采集部分與上層系統(tǒng)的通信部分相互隔離開來,互不干擾。在DATA POOL中存滿數(shù)據(jù)后,就進(jìn)行打包,形成一個(gè)大的數(shù)據(jù)包,交給HPI RAM,通過PCI 總線交給上層系統(tǒng),進(jìn)行進(jìn)一步處理。整體的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。
由于DSP芯片的中斷引腳數(shù)目有限,而且中斷工作方式容易造成各個(gè)時(shí)隙數(shù)據(jù)采集不均勻的情況,本系統(tǒng)采用了輪詢的工作方式。
本文提出的雙映射配置方法和DSP軟件工作策略,成功地將C5410 DSP和PCI總線相互連接,接口具有邏輯簡(jiǎn)單、操作方便、效率高等優(yōu)點(diǎn)。在C5410的CLOCKOUT配置成64MHz的前提下,兩者之間數(shù)據(jù)傳輸速率理論峰值可達(dá)12.8Mbps,實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的平均速率達(dá)到了10Mbps。由于本系統(tǒng)采用的鏈路采集芯片的微處理器接口最高速率為2Mbps,限制了同時(shí)采集時(shí)隙的數(shù)目,從而限制了本系統(tǒng)的整體采集性能。因此采用更加高性能的采集芯片,可以充分發(fā)揮HPI口與PCI9052之間的高速數(shù)據(jù)連接,同時(shí)系統(tǒng)也可以升級(jí)到同時(shí)采集10條E1鏈路。
本文實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作良好,并已經(jīng)在電信部門得到采用。本系統(tǒng)具有應(yīng)用領(lǐng)域廣、可升級(jí)能力強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)。該系統(tǒng)目前已經(jīng)不僅僅用于采集移動(dòng)通信數(shù)據(jù),也開始應(yīng)用于采集V5、七號(hào)信令等協(xié)議的數(shù)據(jù),滿足了系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的要求。