一種面向媒體網(wǎng)關(guān)的平臺(tái)軟件解決方案

1、今日電子 2012年5月44特刊：嵌入式系統(tǒng)一種面向媒體網(wǎng)關(guān)的平臺(tái)軟件解決方案Enea公司資深應(yīng)用工程師 董淵文前言媒體網(wǎng)關(guān)是一個(gè)連接不同類型網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議處理單元，在不同的網(wǎng)絡(luò)間提供媒體映射或代碼轉(zhuǎn)換功能，將數(shù)據(jù)從一種網(wǎng)絡(luò)所需的格式轉(zhuǎn)變成另一種網(wǎng)絡(luò)所需格式的設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，媒體網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)例如PS T N之間的轉(zhuǎn)換，IP和A T M的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換，3G無(wú)線接入網(wǎng)和傳統(tǒng)PBX之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在下一代網(wǎng)絡(luò)NG N的應(yīng)用中，NG N分為業(yè)務(wù)層、控制層、傳送層和接入層，其中媒體網(wǎng)關(guān)屬于接入層，負(fù)責(zé)將各種網(wǎng)絡(luò)作為邊緣網(wǎng)絡(luò)接入到IP骨干網(wǎng)。媒體網(wǎng)關(guān)的主要功能是不同傳輸之間的轉(zhuǎn)換和譯碼。媒體流功能例如回波消

2、除、DTMF和語(yǔ)音發(fā)送者也位于媒體網(wǎng)關(guān)中。媒體網(wǎng)關(guān)由一個(gè)媒體網(wǎng)關(guān)控制器控制，它提供呼叫控制和信令功能。隨著協(xié)議層越來(lái)越復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理能力的增加對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)的平臺(tái)設(shè)計(jì)提出了越來(lái)越高的要求，對(duì)處理單板的設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜，逐步向多核多CP U、多核多DSP的方向演進(jìn)。如何管理如此復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)與規(guī)劃提出了更高的要求。下文介紹一種面向媒體網(wǎng)關(guān)平臺(tái)處理單板的多核CPU以及多核DSP的平臺(tái)軟件解決方案。媒體網(wǎng)關(guān)平臺(tái)軟件方案的特點(diǎn)1 媒體網(wǎng)關(guān)平臺(tái)軟件的定義媒體網(wǎng)關(guān)的處理器由CPU和DSP構(gòu)成。例如CPU為Freescale P2020，DSP采用Ti TMS320TCI6486。軟件上一

3、般分為驅(qū)動(dòng)層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層（協(xié)議層）。一般把驅(qū)動(dòng)層和操作系統(tǒng)層統(tǒng)稱為平臺(tái)軟件層。平臺(tái)軟件層負(fù)責(zé)管理硬件資源，為應(yīng)用層提供服務(wù)包括資源分配、任務(wù)調(diào)度、冗錯(cuò)處理、文件系統(tǒng)接口、IP協(xié)議棧、驅(qū)動(dòng)封裝等?？梢哉f(shuō)一切應(yīng)用層的設(shè)計(jì)，都是基于平臺(tái)軟件層的架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)優(yōu)秀的、功能豐富的平臺(tái)軟件層，可以使應(yīng)用層的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)變得尤為簡(jiǎn)單，其高可靠性又可使整個(gè)系統(tǒng)變得更為強(qiáng)壯。因此選擇一個(gè)好的平臺(tái)軟件層，對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)性能至關(guān)重要。2 目前面臨的問題隨著通信技術(shù)的演進(jìn)，對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)處理能力的要求也越來(lái)越高，單板之上的多核多CPU、多核多DSP系統(tǒng)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。復(fù)雜的多核多處理器系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)軟件功能提出了更

4、高的要求。對(duì)于一個(gè)多核CP U和多核DS P的系統(tǒng)，如何管理多核CP U上的資源和任務(wù)調(diào)度，如何管理如此龐大的DSP陣列，如何有效地進(jìn)行跨核乃至跨處理器間的通信，如何對(duì)這樣的多核CP U和DSP的復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和日志追蹤， 這一切都對(duì)平臺(tái)軟件提出了新的挑戰(zhàn)。面對(duì)這樣一個(gè)日益龐雜的系統(tǒng)，我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)？下文重點(diǎn)介紹En e a公司面向媒體網(wǎng)關(guān)的平臺(tái)軟件解決方案，相信能為未來(lái)媒體網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)提供幫助。Enea面向媒體網(wǎng)關(guān)的平臺(tái)軟件解決方案：1 ENEA簡(jiǎn)介Enea 源自于 1968年，于1989 年在瑞典上市，是全球網(wǎng)絡(luò)和終端軟件供應(yīng)商的領(lǐng)導(dǎo)者，專注于通信領(lǐng)域?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)和平臺(tái)軟件。作為一家走

5、過(guò)半個(gè)世紀(jì)的，服務(wù)于全球主要的的網(wǎng)絡(luò)和終端軟件供應(yīng)商，En e a以其先進(jìn)技術(shù)為通信領(lǐng)域的發(fā)展提供源源不絕的動(dòng)力。2 平臺(tái)軟件解決方案E n e a的平臺(tái)軟件解決方案由四大部分組成，包括面向多核CP U的OS E 操作系統(tǒng)、針對(duì)多核DSP的OSEck操作 45今日電子 2012年5月特刊：嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)、DSP集群管理軟件 dSPEED和Enea系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具Optima。目標(biāo)系統(tǒng)上的各個(gè)實(shí)體由En e a的分布式透明傳輸模塊LI N X連接起來(lái)。整體系統(tǒng)框圖如圖1所示。E n e a的平臺(tái)軟件解決方案為多核CPU+多核DSP的目標(biāo)系統(tǒng)提供了完整的軟件架構(gòu)、豐富的調(diào)試監(jiān)測(cè)功能以及簡(jiǎn)單實(shí)用的高可

6、靠通信的IPC工具。在DS P側(cè)，En e a的OS E c k操作系統(tǒng)為DS P的軟件架構(gòu)和編程提供了可靠的選擇。OSEck是Enea專門針對(duì)DSP進(jìn)行優(yōu)化的精簡(jiǎn)高效的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，也是業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的面向DS P的操作系統(tǒng)。OSEck支持Freescale、Ti、LSI、ADI、CEVA等幾乎所有的最新DSP處理器，與OS E相同的應(yīng)用層AP I接口，為每款DSP專門優(yōu)化的內(nèi)核，小至10kB footprint，豐富的BSP及應(yīng)用模塊例如Timeout server、針對(duì)DSP優(yōu)化的IP協(xié)議棧、CoreDump模塊等為程序的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的出錯(cuò)追蹤提供了更多的可能。對(duì)于媒體網(wǎng)關(guān)單板來(lái)說(shuō)，板上的D

7、S P數(shù)量較多，用于處理協(xié)議流程，作為CP U側(cè)的從處理器來(lái)進(jìn)行管理。如何管理、監(jiān)控和調(diào)試這樣一個(gè)數(shù)量龐大的DS P陣列是一個(gè)需要考慮的問題。Enea針對(duì)這一需求推出的dSPEED（DSP陣列的管理工具）從根本上解決了這一問題。d S P E E D由兩部分組成，一部分 (DMP 安裝在CPU側(cè)的操作系統(tǒng)上，另一部分（DP）安裝在DS P側(cè)的操作系統(tǒng)上。如圖2所示。dSPEED主要實(shí)現(xiàn)下面八大功能：（1） CPU側(cè)對(duì)DSP執(zhí)行文件的加載啟動(dòng)和復(fù)位。（2） CPU側(cè)對(duì)DSP軟件的錯(cuò)誤檢測(cè)和集中錯(cuò)誤處理。（3） CPU側(cè)對(duì)DSP 應(yīng)用（包括進(jìn)程和設(shè)備狀態(tài)）的監(jiān)控。（4） CPU側(cè)對(duì)DSP core

8、dump事后分析的管理（包括收集coredump，上傳服務(wù)器和在線分析）。（5） 提供shell命令。（6） CPU側(cè)對(duì)DSP日志文件的管理（包括采集和上傳）。（7） 提供軟件記數(shù)器，對(duì)DSP側(cè)用戶自定義事件的統(tǒng)計(jì)（例如進(jìn)程切換次數(shù)、某種用戶自定義錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)等）。（8） 為CP U側(cè)提供訪問服務(wù)器文件系統(tǒng)的接口（例如把業(yè)務(wù)板上的日志保存在機(jī)架上的PC服務(wù)器中，或者從服務(wù)器上下載配置文件到業(yè)務(wù)板的內(nèi)存中）。dSPEED的這些功能專門針對(duì)管理D S P的陣列而設(shè)計(jì)，為有CP U和大量DSP的復(fù)合系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，提供可靠的解決方案。dS P E E D不但支持OS E5.x，還支持li n u x，為設(shè)

9、計(jì)提供了更多的選擇。d S P E E D把CP U和DS P的復(fù)合系統(tǒng)融合為一個(gè)整體，負(fù)責(zé)各個(gè)實(shí)體間圖1 Enea平臺(tái)軟件方案框圖圖2 dSPEED功能框圖 今日電子 2012年5月46特刊：嵌入式系統(tǒng)通信的是En e a的分布式透明傳輸模塊LINX。LINX支持幾乎所有的物理通信介質(zhì)包括共享內(nèi)存、以太網(wǎng)、sR I O、P C I等。統(tǒng)一了核間、同構(gòu)/異構(gòu)處理器間乃至板間的通信接口，并提供保證鏈路可靠性的機(jī)制，使分布式系統(tǒng)間的通信猶如在同一個(gè)核內(nèi)通信那么簡(jiǎn)單。L I N X的出現(xiàn)大大簡(jiǎn)化了分布式系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。在CPU側(cè)，使用Linux操作系統(tǒng)。L I N X模塊可以無(wú)縫地支持Li n u

10、x操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)CPU和DSP操作系統(tǒng)進(jìn)程之間的通信。針對(duì)整個(gè)平臺(tái)軟件的調(diào)試，En e a 的Op t i m a系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具為系統(tǒng)的調(diào)試提供了方便。Op t i m a工具通過(guò)以太網(wǎng)與目標(biāo)系統(tǒng)相連，只要目標(biāo)系統(tǒng)中的實(shí)體有LINX鏈路，那么通過(guò)PC側(cè)的Optima工具就可以看到整個(gè)分布式系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。Optima可以查看CPU或者D S P上操作系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)、內(nèi)存和堆的詳細(xì)分配情況、CPU使用率、查看系統(tǒng)coredump、進(jìn)行基于GDB的在線調(diào)試、實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)和用戶的日志等。綜上，Enea的平臺(tái)軟件解決方案包括面向多核CPU的OSE操作系統(tǒng)、針對(duì)多核DSP的OSEck操作系統(tǒng)、DSP陣列的

11、管理模塊dSPEED和Enea系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具Optima。這些功能滿足了新一代基于多核CPU和DSP的媒體網(wǎng)關(guān)平臺(tái)軟件的需求，為媒體網(wǎng)關(guān)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。下面介紹一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。3 應(yīng)用實(shí)例硬件架構(gòu)上使用一片F(xiàn)r e e s c a l e 的P2020和20片Ti的TM S320C6678。P2020負(fù)責(zé)控制平面，C6678負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)平面（協(xié)議棧）處理。C P U側(cè)運(yùn)行Li n u x和dS P E E D 的DM P模塊、DS P側(cè)運(yùn)行OS E c k和dSPEED的DP模塊，CPU和DSP之間使用LINX模塊基于以太網(wǎng)和sRIO進(jìn)行通信。通過(guò)PC側(cè)的Optima工具進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控與調(diào)試。結(jié)論本文介紹了En e a面向媒體網(wǎng)關(guān)的平臺(tái)軟