PCI总线控制信令采集卡的硬件设计

   引言

      第三代移动通信的概念形成了三大主流标准，即欧洲与日本提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA。TD-SCDMA是由中国无线通信标准化组织（CWTS）提出并得到ITU通过的3G无线通信标准。TD-SCDMA是由中国无线通信标准化组织（CWTS）提出并得到ITU通过的3G无线通信标准。

           设计及其实现

      1 信令数据采集卡设计思路

      本卡主要是根据协议的选择来完成七号信令数据的采集。本卡基于PCI设计，完成的主要功能有：物理层的数据采集、HDLC链路控制。在整个系统中主要完成层一和层二的控制，它要求较高的可靠性、可用性和可扩展性。为了满足网络测试仪数据流量大、方便用户使用的特点，我们选用了自带标准PCI协议规范的HDLC控制器（MindSpeed Bt8474）、专用的E1/T1/J1成帧器（MindSpeed Bt8370）芯片和Windows 2000作为此卡的基本软硬件架构。每块板卡可以实现8收4发，软件驱动基于PCI的框架，能满足快速的数据采集要求，性能稳定。

      2 芯片资源简介

      本卡采用的主要的芯片是MindSpeed公司的自带PCI总线规范的多通道同步网络控制器（MUSYCC）Bt8474和E1/T1成帧器Bt8370。

      ● PCI总线简介

      PCI的含义是周边器件互连。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线，基于PCI的系统不受处理器升级的影响。每个典型的PCI可以支持大约10个电气负载。它支持32位或64位的总线宽度，支持的工作频率为33MHz或66MHz。工作在33MHz/32位时，理论上最大数据传输速率能达到133MHz/s。

      ● Bt8474简介

      BT8474 是一个多信道同步通信控制器（MUSYCC），它能支持128个数据信道，每个信道根据配置可以支持“HDLC、SS7、透明传输”三种协议。在数据处理中主要完成层2（数据链路层）的处理。

      其功能框图如图1、图2所示。

图1  Bt8474功能框图

图2  Bt8474的串口功能设计原理图

      ● Bt8370简介

      BT8370是一个T1/E1收发成帧器，支持的收发接口的Line Rate为  1.544Mb/s（T1）或者2.048Mb/s（E1）。物理线性接口电路恢复来自电缆的“+3dB到-43dB”的模拟时钟和数据。

      BT8370主要由以下几部分组成：
      （1）微处理器接口（MPU）：主要完成和其他设备之间的通信控制。
      （2）接收/发送线性接口单元（RLIU/TLIU）。
      （3）数字发送器（XMTR）。
      （4）数据接收器（RCVR）。
      （5）发送系统总线（TSB）。
      （6）接收系统总线（RSB）。
      （7）时钟速率适配器（CLAD）。
      （8）边界扫描接口（JTAG）。

      其功能图如图3、图4所示。

图3  Bt8370的功能框图

图4  Bt8370的设计原理图

      3 信令采集卡硬件实现

      图5是信令采集卡的总体设计框图。

图5  E1采集卡的总体设计框图

      采集卡从E1线上采集七号信令消息（也包括一号随路信令），用以监视和仿真整个通话流程。PCI接口芯片（HDLC控制器）是一个多功能设备,包括一个网络控制器和一个PCI桥设备（EBUS）。网络控制器用以控制时隙映射，配置DMA传输；PCI桥设备用以选通和配置成帧器，其中成帧器的选通是通过一个CPLD来完成的。另外，网络控制器和PCI桥设备的中断是分开的，分别通过INTA和INTB上报PCI控制器。信令信号经过成帧器成帧后，通过HDLC控制器以DMA方式送入到PC缓冲区；用户可以通过驱动提供的接口函数到缓冲区取信令数据进行分析。

      根据TD-SCDMA网络测试仪表的总体设计方案要求，七号信令卡作为PCI插槽的板卡，通过高阻适配器采集E1信号，给8370成帧处理后，通过串口送给8474，完成消息的重组后，把消息送给上层软件进行协议分析处理。七号信令卡的硬件结构提供网络接口的物理层和部分链路层功能，由软件来实现物理层和链路层的数据控制和部分应用层的功能。本卡可以同时完成8路监测、4路仿真。

       按照任务目标要求，七号信令卡主要由以下硬件单元组成：HDLC逻辑层Bt8474、PHY物理层Bt8370、CPLD逻辑控制、高阻适配器、DB15、变压器等。图6是E1采集卡的硬件结构。

图6  E1采集卡的硬件结构

       本文作者的创新点：
      （1）本卡在硬件设计上，通过时隙和通道复用，把只有四个串口的8474扩展实现了8路串口。
      （2）利用本信令采集卡可以实时监测通信链路的建立、传输、停止等过程，
      （3）可以通过该卡的信令发送功能，实现业务仿真，减小TD-SCDMA网络设计风险。
      （4）现场测试证明，本信令采集卡完全可以应用于TD-SCDMA网络测试。