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1、嵌入式通信软件设计信科系 何小其1 1第1章 嵌入式通信软件组成1.1 嵌入式通信软件构件类型 1.2 嵌入式通信软件设计考虑2 21.1 软件构件类型广义地划分，通信系统有两类 软件构件： （1）协议软件（应用软件）（2）系统软件 协议软件实现协议规范；而系 统软件（含基础软件）通常包 括一个实时操作系统和管理硬 件的基础软件。3 31.1.1 协议软件n协议软件实现协议规范中详细 规定的协议。规范由一些国际 标准化组织制定，如ISO、IEEE 、ITU-T等。n协议实现通常基于状态事件机 ，也叫状态机。状态机是协议 实现的核心，其形式通常为一 状态事件表，记录一系列规则 来指出在某一事件下
2、应执行的 动作。4 41.1.2 基础软件和系统软件n基础软件包括缓冲区管理、动 态内存管理、定时器管理、资 源管理、模块间的通信，其他 软件模块的监视、硬件模块的 状态管理等。n系统软件包括实时操作系统和 设备驱动程序等5 51.2 软件设计考虑n硬件体系结构nRTOS是否选定n需要什么样的性能n需要实现那些协议n实现时要使用哪些全局数据结构和 表n需要什么样的缓冲区管理和定时器 管理n告警、统计处理机制n系统测试方法6 6第2章 通信软件结构模型n2.1 通信软件结构模型n2.2 系统块与功能块关系模型7 7Flash控制器SCC定时器网卡控制器硬件平台Flash驱动网卡驱动BSPVXWO
3、RKS内核（WIND）系统软件文件系统I/O系统VXWORKS函数库MUXTCP/IP协议栈扩展内存管理缓冲区管理定时器管理资源管理ICCP基础软件协议软件（应用软件）功能块1功能块3功能块N功能块2环境系统块2.1 通信系统软件结构模型8 82.2 系统块与功能块关系模型n系统块由多个功能块组成 。在这些功能 块里，只有一块功能块与环境交互，它收 集环境中发生的事件，把它们转换成可以 处理的消息，发给相应的进程。同时，它 还接收各功能块中进程发往环境的消息， 把它们转换成硬件可以执行的动作或操作 系统的系统调用。功能块1功能块2功能块3功能块4功能块5功能块6通道系统环境系统通道通道通道 通
4、道通道通道通道通道9 9第3章 通信系统协议软件实现3.1 状态机 3.2 协议数据单元处理 3.3 协议接口 3.4 协议软件数据结构 3.5 配置与控制 3.6 系统启动 3.7 小结10103.1 状态机n协议是通信系统功能的核心， 而协议实现的核心是状态机。n协议有些是有状态的，有些是 无状态的。如IP转发是无状态 的，其转发动作的执行不依赖 以前的行为或数据包。而7号信 令系统中的TUP协议是有状态的 ，它呼叫流程是和以前的行为 或数据包密切相关的。1111n有状态的协议使用称为状态机 （FSM）的结构在状态S2出现事件E4（关机）动作：给对方发送断开消息， 终止定时器下一状态： 断
5、开状态状态S1 断开状态在状态S1出现事件E1（初始化）动作：给对方发送启动消息，启动 定时器下一状态： 连接状态在状态S2出现事件E3（定时 器时间到），动作：处理定 时器下一状态： 连接状态状态S2 连接状态在状态S2出现事件E2（协议消 息）动作：处理协议消息下一状态：连接状态12123.2 协议数据单元处理nPDU预处理主要包括包文法检查及校验和验证等工作。n给状态机的事件 预处理完成确定包的类型，并将适当的事件传给状 态机，状态机完成数据包的解析，将协议数据转换 为编程数据，状态机根据消息类型及消息携带的具 体参数执行下一步动作。nPDU传输状态机完成相应动作后将产生的结果以消息的形
6、 式，结合具体所需参数，利用PDU组包功能，将编 程数据转化为协议数据，发送到线路上，传送给对 方。因此，概括地讲，协议数据单元处理就 是PDU的校验、组包及解包过程，该步骤 直接影响状态机的执行。13133.3 协议接口 协议任务并非孤立存在或执行，需要和系统环 境中的其他成分接口和交互包括：n实时操作系统n存储管理n缓冲区管理n时间管理n事件管理n进程间通信n驱动程序接口n配置与控制14143.4 协议软件数据结构3.4.1 表 表主要有四类： （1）配置-用于设置操作参数和边界的 读/写或只读。例如，口令就是配置参数 。 （2）控制-用于改变通信软件模块的读/ 写信息。例如，开启或关断协
7、议，主备用 切换标志设置等就是控制。 （3）状态-详细反映当前操作状态的只 读信息。例如，HDLC链路的运行状态就是 状态变量。 （4）统计-模块记数或监视到的只读信 息。例如，对一个对模块接收或发送的报 文数记数的变量就是统计变量。15153.4.2 其它的数据结构n进程控制块记录协议模块中各进程状态，参 数等信息的数据结构。n接口控制块记录模块或进程间通信端口状态 及信息的数据结构。16163.4.3 实现在协议软件中使用的数据结构表 、进程控制块、接口控制块，通常 使用数组、链表、树结构等方式实 现。为了能够快速、有效地访问数 据结构，主要根据不同对象设计不 同的HASH算法直接定位的方
8、式实现 。17173.5 配置与控制 协议的配置与控制是指协议的管理n开启和关断协议n开启和关断特定端口的协议n特定接口的编址n设定最大帧尺寸n协议消息超时管理n对等实体的超时处理n鉴别安全信息n流量参数管理n封装信息18183.6 系统启动（1）对各种表的大小参数进行初始化 （2）为动态数据结构和状态表分配内存 （3）状态表变量初始化 （4）缓冲区和定时器接口初始化 （5）从本地源读入配置，并对配置初始化 （6）高层和低层接口初始化，包括向高层和 /或低层注册 （7）需要时创建和启动其它的协议任务 （8）在无限循环中等待1919第4章 多板通信软件的设计5.1 板间通信协议及实现 5.2 多
9、板系统中的故障与容错2020n通信系统很复 杂，通常在一 个机壳上有多 块板，甚至有 多个机壳n本章讨论通信 中常用的多板 设计中软件结 构的变化。21214.1 板间通信协议及实现n板间通信协议（ICCP或ICP）（1） 解决各主控板之间的通 信问题。（2）解决主控板和硬件插板的 通信问题。 目前使用的通信方式：TCP、UDP 、HDLC等。2222ICCP实现n对底层通信方式进行封装，提供两 个统一的接口，分别对应基本传输 服务（A类服务）和带差错控制的服 务（B类服务）。nA类服务。通信的一方将报文发送给 对方，不等对方证实。对方收到报 文后直接交给用户。不回证实。这 类服务不提供差错控
10、制。主要适合 两种场合：协议用户本身自己提供 差错控制；ICCP底层已提供差错控 制，如TCP。2323nB类服务。该服务与MTP相似， 每个报文都带一个前向序号字 节和一个后向序号字节。所谓 前向序号是指发送方给当前发 送报文的编号，所谓后向序号 是本方以正确接收的报文序号 。通过对这些序号的判断，实 现对丢失报文的重发，从而达 到差错控制的目的。B类服务主要用于直接控制 HDLC芯片进行通信，或在局域 网上使用UDP协议。24244.2 多板系统中的故障与容错多板系统和单板系统都会受到 硬件故障的影响。但多板系统能够 通过切换到另一块板对故障进行处 理。这就是多板系统的容错。目前 ，电信级
11、设备普遍要求具有容错功 能。 单控制板+多线板结构是通信应用 中经常使用的多板系统实现。本节 以此为基础讨论容错问题。25254.2.1 控制卡与线卡冗余选择 方案n对于控制卡和线卡的冗余，有 两种选择方案：（1）每卡都有一冗余卡（1： 1冗余）；（2）N个卡有一冗余卡（1：N 冗余）。目前通用的方案是主控制卡 采用1：1冗余，而线卡不采用 冗余备份。26264.2.2 冗余卡待机方式选择n温待机待机卡在冗余配置中初始化 ，可向系统操作人员请求下载 配置并继续运行。温待机需要 操作人员的干预。n热待机热待机操作是在主卡还正常工 作时就从它那里获得配置信息 。期间不需要操作人员干涉。27274.
12、2.3 热待机温待机操作不够灵活，因为必 须为冗余卡提供新的配置，这 会引起系统运行的中断，直到 冗余卡处于完全运行状态。因 此。目前通信设备容错控制主 要为热待机方式。2828热待机操作需要主卡和冗余卡 之间交互三类消息： （1）当冗余卡起来时，主卡 发送的初始化或批更新消息提 供了当前配置的完整快照。 （2）主卡周期性地或按需要 向冗余卡发送检查点消息，通 知配置的改变。 （3）在无检查点消息时，主 卡与冗余卡之间发送心搏消息 和响应消息。29294.2.4 冗余功能软件设计n数据同步过程设计主/备用主控机数据的同步分两个阶 段：第一阶段，在备用机刚刚加载成功时 ，备用机和主用机的数据是有
13、差别的，需 要备用机一次性地从主用机索取各个FSM 的稳态以及掌握的资源等信息；第二阶段，备用机在位之后（可以认 为备用机和主用机的数据是一致的），即 主/备用主控机均在工作时，主用机要把 FSM的稳态和资源的变化通知备用机。对 这两个阶段，备用机都要实施相应的FSM 状态迁移、强占资源等，使备用机进入与 主用机同步的运行状态。3030n主备用切换设计n（1）命令切换和定时切换n所谓命令切换，指的是通过MML命令 发送指令给主处理机，要求进行主 备用处理机的倒换，原来的主用处 理机由主用运行状态进入备用运行 状态，同时原来的备用处理机由备 用运行状态进入主用运行状态。n所谓定时切换，指的是MM
14、L命令发送 指令给主处理机，要求在指定的时 间进行主备用处理机的倒换。3131n（2）故障切换n所谓故障切换，指的是主用处 理机在运行时发生软件或硬件 的故障，强制进行的主备用处 理机切换，原来的备用处理机 进入主用运行状态，而对原来 的主用处理机要进行复原和重 新加载。n对于发生故障切换时，运营部 门一般要求不能发生通话中断 ，计费丢失，但不要求呼叫建 立阶段的用户呼叫成功。3232第5章 通信系统管理软件nSNMP管理n公共管理信息协议（CMIP）n公共对象请求代理结构（CORBA ）n事务语言1（TL1）n命令行接口（CLI、MML）3333第6章 通信软件开发流程n产品需求文档n可行性分析n系统总体方案n系统软件概要设计n系统软件详细设计n软件代码编写n单元调试n系统功能调试n系统性能测试3434谢 谢！3535
