隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，從最早的第一代模擬無線網(wǎng)絡(luò)、第二代GSM通信網(wǎng)絡(luò)、第三代3G通信網(wǎng)絡(luò)、直到目前商用的4G LTE通信網(wǎng)絡(luò)，甚至正在研究階段的5G通信網(wǎng)絡(luò)，從GSM 的TCH9.6Kbps，到GPRS的171Kbps，再到WCDMA、TDSCDMA的384kbps，以及HSDPA的14.4Mbps，再到目前LTE的下行100Mbps，數(shù)據(jù)的傳輸速率越來越快。數(shù)據(jù)處理能力的增加對(duì)無線基站平臺(tái)提出了越來越高的要求，從而無線基站處理單板的設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜，逐步向多核多CPU、多核多DSP的方向演進(jìn)，隨著芯片集成度越來越高，融合多CPU和多DSP核的單芯片SOC解決方案成為目前LTE基站設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。

在融合CPU和DSP的單芯片SoC中，一般包含多個(gè)CPU和DSP核，以及大量的片內(nèi)外設(shè)，例如目前LTE基站的主流SoC芯片F(xiàn)reescale的B4860，片內(nèi)包含4個(gè)PowerPC CPU核以及6個(gè)SC3900 DSP核，集成以太網(wǎng)、SRIO、MAPLE算法加速器等大量外設(shè)。隨著芯片硬件的復(fù)雜度提高，對(duì)于如何管理如此復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)基站平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)與規(guī)劃提出了更高的要求。

下文介紹一種面向基站平臺(tái)處理單板的基于融合SoC處理器的平臺(tái)軟件解決方案。

1、Enea SoC、Enea SoC平臺(tái)軟件解決方案

Enea的平臺(tái)軟件解決方案由四大部分組成，包括面向多核CPU的OSE操作系統(tǒng)、SoC上的DSP管理中間件和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Enea的分布式透明傳輸模塊LINX連接起來。整體系統(tǒng)框圖如下所示：

圖1:Enea平臺(tái)軟件方案框圖

Enea的平臺(tái)軟件解決方案為單板之上的包含多核DSP和多核CPU的融合SoC芯片提供了完整的軟件架構(gòu)、豐富的調(diào)試監(jiān)測(cè)功能以及簡單實(shí)用的高可靠通信的IPC工具。

在CPU側(cè)使用OSE操作系統(tǒng)，這是Enea針對(duì)多核CPU作專門優(yōu)化的操作系統(tǒng)，支持幾乎所有類型的CPU，廣泛地應(yīng)用于各大通信廠商的移動(dòng)臺(tái)和局端通信設(shè)備之中。

圖2:OSE 5.x 混合AMP/SMP 框圖

OSE 5.x獨(dú)有的XMP模式即有SMP模式的簡單易用性，又具有到AMP模式的性能，為平臺(tái)軟件CPU側(cè)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了方便。OSE的直接消息傳遞機(jī)制和集中式錯(cuò)誤處理大大簡化了編程的工作，OSE豐富的模塊，文件系統(tǒng)、IP協(xié)議棧、動(dòng)態(tài)加載模塊、LINX工具、ramlog工具、Optima系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具，這一切功能都節(jié)約了開發(fā)工作時(shí)間，加快了產(chǎn)品化速度。

對(duì)于基于SOC(CPU+DSP)的基站平臺(tái)來說，DSP數(shù)量較多，并用于物理層協(xié)議棧、甚至MAC層的業(yè)務(wù)處理，并由SoC的CPU側(cè)來進(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DSP核陣列是一個(gè)需要考慮的問題。Enea針對(duì)這一需求推出的DSP管理模塊從根本上解決了這一問題。

DSP管理模塊主要實(shí)現(xiàn)下面五大功能：

(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 應(yīng)用(包括進(jìn)程和設(shè)備狀態(tài))的監(jiān)控。

(3)CPU側(cè)對(duì)DSP coredump事后分析的管理(包括收集coredump，上傳服務(wù)器和在線分析)。

(4)為DSP提供Shell命令行的接入服務(wù)。

(5)Enea系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具Optima從CPU側(cè)通過LINX通路接入DSP，用于DSP上系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

這些功能專門針對(duì)SoC芯片中DSP核陣列的管理而設(shè)計(jì)，為基于SOC設(shè)計(jì)的基站等有CPU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。

Enea的分布式透明傳輸模塊LINX負(fù)責(zé)SoC中CPU與DSP、以及DSP與DSP節(jié)點(diǎn)間無縫通信，針對(duì)于單芯片內(nèi)的方案基于共享內(nèi)存池的通信方式，高效沒有數(shù)據(jù)拷貝。另外，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)、sRIO、PCI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)通信那么簡單。因此，LINX的出現(xiàn)大大簡化了分布式系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。

針對(duì)整個(gè)平臺(tái)軟件的調(diào)試，Enea的Optima系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具為系統(tǒng)的調(diào)試提供了方便。Optima調(diào)試工具可以以插件的形式整合到CodeWarrior或TI CCS環(huán)境中，與JTAG代碼級(jí)調(diào)試結(jié)合使用。Optima工具主要通過以太網(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DSP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，為查看系統(tǒng)瓶頸、代碼優(yōu)化等提供方便。

圖3:系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具Optima 圖示

綜上，Enea針對(duì)基站開發(fā)的基于SoC的平臺(tái)軟件解決方案包括，面向CPU的OSE硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和SoC芯片中DSP核的管理模塊以及Enea系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具Optima。這些功能滿足了新一代基于SoC(CPU+DSP)的基站平臺(tái)軟件的需求，為基站的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。下面介紹一個(gè)應(yīng)用實(shí)例：

2、應(yīng)用實(shí)例

當(dāng)今基站的發(fā)展日趨多樣性。目前越來越多主流通信設(shè)備廠商3G、4G局端設(shè)備中采用SoC的設(shè)計(jì)方案，因此本方案對(duì)于當(dāng)前基站設(shè)計(jì)有越來越大的參考意義。下面簡單介紹一個(gè)Enea的基站平臺(tái)解決方案在LTE 宏基站的應(yīng)用實(shí)例。如下圖所示：

圖4:宏基站平臺(tái)解決方案應(yīng)用實(shí)例

B4860是Freescale針對(duì)LTE中型基站的包含PowerPC CPU核和SC3900 DSP核的SoC芯片，片內(nèi)集成的MAPLE2 LTE物理層協(xié)處理器，可完整的自動(dòng)處理PDSCH和PUSCH信道流程，最多可支持三個(gè)20M的LTE小區(qū)。在Enea針對(duì)這個(gè)SoC芯片的平臺(tái)軟件方案中，CPU側(cè)運(yùn)行OSE硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以及DSP的管理模塊，CPU和DSP之間使用Enea的LINX基于共享內(nèi)存池的方式進(jìn)行通信。通過PC側(cè)的Optima工具進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控與調(diào)試。

按照一般基站BBU的軟件設(shè)計(jì)，物理層協(xié)議棧運(yùn)行于DSP上，MAC及以上協(xié)議棧運(yùn)行于CPU之上，因此對(duì)于B4860這樣的芯片整體軟件架構(gòu)如下圖所示。每兩個(gè)DSP核為一組，負(fù)責(zé)一個(gè)小區(qū)，每個(gè)核分別處理上行和下行數(shù)據(jù)，共六個(gè)DSP核因此對(duì)應(yīng)三個(gè)LTE小區(qū)，可提供實(shí)時(shí)的調(diào)度性能以滿足物理層對(duì)實(shí)時(shí)性的需要，同時(shí)基于共享內(nèi)存池的LINX交互模塊提供DSP與DSP，CPU與DSP間的高效無縫通信。CPU核上的MAC層及高層協(xié)議棧中對(duì)性能敏感的部分，運(yùn)行于Enea OSE的應(yīng)用提供實(shí)時(shí)的性能的保證，使之符合LTE的1ms限制的調(diào)度要求。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的部分，可直接運(yùn)行于MCP上的Enea Linux之上，例如運(yùn)維等部分。本套軟件方案已應(yīng)用于此客戶的量產(chǎn)型基站產(chǎn)品中。