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作者: Enea 隨著移動通信技術的發展，從最早的第一代模擬無線網絡、第二代GSM通信網絡、第三代3G通信網絡、直到目前商用的4G LTE通信網絡，甚至正在研究階段的5G通信網絡，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，數據的傳輸速率越來越快。數據處理能力的增加對無線基站平臺提出了越來越高的要求，從而無線基站處理單板的設計也越來越復雜，逐步向多核多CPU、多核多DSP的方向演進，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基站設計的熱點。 在融合CPU和DSP的單芯片SoC中，一般包含多個CPU和DSP核，以及大量的片內外設，例如目前LTE基站的主流SoC芯片Freescale的B4860，片內包含4個PowerPC CPU核以及6個SC3900 DSP核，集成以太網、SRIO、MAPLE算法加速器等大量外設。隨著芯片硬件的復雜度提高，對于如何管理如此復雜的系統，對基站平臺的軟件設計與規劃提出了更高的要求。 下文介紹一種面向基站平臺處理單板的基于融合SoC處理器的平臺軟件解決方案。 1、Enea SoC平臺軟件解決方案 Enea的平臺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、SoC上的DSP管理中間件和Enea系統級調試工具Optima。目標系統上的各個實體由Enea的分布式透明傳輸模塊LINX連接起來。整體系統框圖如下所示： 
圖1:Enea平臺軟件方案框圖 Enea的平臺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、豐富的調試監測功能以及簡單實用的高可靠通信的IPC工具。 在CPU側使用OSE操作系統，這是Enea針對多核CPU作專門優化的操作系統，支持幾乎所有類型的CPU，廣泛地應用于各大通信廠商的移動臺和局端通信設備之中。 
圖2:OSE 5.x 混合AMP/SMP 框圖 OSE 5.x獨有的XMP模式即有SMP模式的簡單易用性，又具有到AMP模式的性能，為平臺軟件CPU側的軟件架構設計提供了方便。OSE的直接消息傳遞機制和集中式錯誤處理大大簡化了編程的工作，OSE豐富的模塊，文件系統、IP協議棧、動態加載模塊、LINX工具、ramlog工具、Optima系統級調試工具，這一切功能都節約了開發工作時間，加快了產品化速度。 對于基于SOC（CPU+DSP）的基站平臺來說，DSP數量較多，并用于物理層協議棧、甚至MAC層的業務處理，并由SoC的CPU側來進行管理。如何管理、監控和調試這樣一個數量龐大的DSP核陣列是一個需要考慮的問題。Enea針對這一需求推出的DSP管理模塊從根本上解決了這一問題。 DSP管理模塊主要實現下面五大功能： （1） CPU側對DSP執行文件的加載啟動和復位。 （2） CPU側對DSP 應用（包括進程和設備狀態）的監控。 （3） CPU側對DSP coredump事后分析的管理（包括收集coredump，上傳服務器和在線分析）。 （4） 為DSP提供Shell命令行的接入服務。 （5） Enea系統級調試工具Optima從CPU側通過LINX通路接入DSP，用于DSP上系統的實時監控。 這些功能專門針對SoC芯片中DSP核陣列的管理而設計，為基于SOC設計的基站等有CPU和大量DSP的復合系統的實現，提供可靠的解決方案。 Enea的分布式透明傳輸模塊LINX負責SoC中CPU與DSP、以及DSP與DSP節點間無縫通信，針對于單芯片內的方案基于共享內存池的通信方式，高效沒有數據拷貝。另外，LINX支持幾乎所有的物理通信介質包括共享內存、以太網、sRIO、PCI等。統一了核間、同構/異構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制，使分布式系統間的通信猶如在同一個核內通信那么簡單。因此，LINX的出現大大簡化了分布式系統的程序設計。 針對整個平臺軟件的調試，Enea的Optima系統級調試工具為系統的調試提供了方便。Optima調試工具可以以插件的形式整合到CodeWarrior或TI CCS環境中，與JTAG代碼級調試結合使用。Optima工具主要通過以太網與目標系統相連，只要目標系統中的實體有LINX鏈路，那么通過PC側的Optima工具就可以看到整個分布式系統的拓撲圖。Optima可以查看CPU或者DSP上操作系統的進程狀態、內存和堆的詳細分配情況、CPU使用率、查看系統coredump、進行基于GDB的在線調試、實時查看系統和用戶的日志等，為查看系統瓶頸、代碼優化等提供方便。
圖3:系統級調試工具Optima 圖示 綜上，Enea針對基站開發的基于SoC的平臺軟件解決方案包括，面向CPU的OSE硬實時操作系統和SoC芯片中DSP核的管理模塊以及Enea系統級調試工具Optima。這些功能滿足了新一代基于SoC(CPU+DSP)的基站平臺軟件的需求，為基站的軟件架構設計提供了參考。下面介紹一個應用實例： 2、應用實例 當今基站的發展日趨多樣性。目前越來越多主流通信設備廠商3G、4G局端設備中采用SoC的設計方案，因此本方案對于當前基站設計有越來越大的參考意義。下面簡單介紹一個Enea的基站平臺解決方案在LTE 宏基站的應用實例。如下圖所示：
圖4:宏基站平臺解決方案應用實例 B4860是Freescale針對LTE中型基站的包含PowerPC CPU核和SC3900 DSP核的SoC芯片，片內集成的MAPLE2 LTE物理層協處理器，可完整的自動處理PDSCH和PUSCH信道流程，最多可支持三個20M的LTE小區。在Enea針對這個SoC芯片的平臺軟件方案中，CPU側運行OSE硬實時操作系統以及DSP的管理模塊，CPU和DSP之間使用Enea的LINX基于共享內存池的方式進行通信。通過PC側的Optima工具進行整個系統的監控與調試。 按照一般基站BBU的軟件設計，物理層協議棧運行于DSP上，MAC及以上協議棧運行于CPU之上，因此對于B4860這樣的芯片整體軟件架構如下圖所示。每兩個DSP核為一組，負責一個小區，每個核分別處理上行和下行數據，共六個DSP核因此對應三個LTE小區，可提供實時的調度性能以滿足物理層對實時性的需要，同時基于共享內存池的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層及高層協議棧中對性能敏感的部分，運行于Enea OSE的應用提供實時的性能的保證，使之符合LTE的1ms限制的調度要求。對于實時性要求不高的部分，可直接運行于MCP上的Enea Linux之上，例如運維等部分。本套軟件方案已應用于此客戶的量產型基站產品中。 |
