2.2.3　嵌入式通信軟件設(shè)計

1.嵌入式通信軟件的組成

（1）嵌入式通信軟件構(gòu)建類型

廣義地劃分，通信系統(tǒng)有兩類軟件構(gòu)件：協(xié)議軟件（應(yīng)用軟件）和系統(tǒng)軟件。協(xié)議軟件實現(xiàn)協(xié)議規(guī)范；而系統(tǒng)軟件（含基礎(chǔ)軟件）通常包括一個實時操作系統(tǒng)和管理硬件的基礎(chǔ)軟件。

協(xié)議軟件實現(xiàn)協(xié)議規(guī)范中詳細(xì)規(guī)定的協(xié)議。規(guī)范由一些國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定，如ISO、IEEE、ITU-T等。協(xié)議實現(xiàn)通常基于狀態(tài)事件機，也叫狀態(tài)機。狀態(tài)機是協(xié)議實現(xiàn)的核心，其形式通常為一狀態(tài)事件遷移圖，記錄一系列規(guī)則來指出在某一事件下應(yīng)執(zhí)行的動作。

基礎(chǔ)軟件包括緩沖區(qū)管理、動態(tài)內(nèi)存管理、定時器管理、資源管理、模塊間的通信，其他軟件模塊的監(jiān)視、硬件模塊的狀態(tài)管理等。系統(tǒng)軟件包括實時操作系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動程序等。

（2）嵌入式通信軟件設(shè)計考慮

①硬件體系結(jié)構(gòu)。

②RTOS是否選定。

③需要什么樣的性能。

④需要實現(xiàn)那些協(xié)議。

⑤實現(xiàn)時要使用哪些全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表。

⑥需要什么樣的緩沖區(qū)管理和定時器管理。

⑦告警、統(tǒng)計處理機制。

⑧系統(tǒng)測試方法。

2.通信軟件結(jié)構(gòu)模型

（1）通信系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型（見圖2-2）

（2）系統(tǒng)塊與功能塊關(guān)系模型

系統(tǒng)塊由多個功能塊組成。在這些功能塊里，只有一塊功能塊與環(huán)境交互，它收集環(huán)境中發(fā)生的事件，把它們轉(zhuǎn)換成可以處理的消息，發(fā)給相應(yīng)的進程。同時，它還接收各功能塊中進程發(fā)往環(huán)境的消息，把它們轉(zhuǎn)換成硬件可以執(zhí)行的動作或操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用。

3.通信系統(tǒng)協(xié)議軟件實現(xiàn)

（1）狀態(tài)機

協(xié)議是通信系統(tǒng)功能的核心，而協(xié)議實現(xiàn)的核心是狀態(tài)機。協(xié)議有些是有狀態(tài)的，有些是無狀態(tài)的。如IP轉(zhuǎn)發(fā)是無狀態(tài)的，其轉(zhuǎn)發(fā)動作的執(zhí)行不依賴以前的行為或數(shù)據(jù)包。而7號信令系統(tǒng)中的TUP協(xié)議是有狀態(tài)的，其呼叫流程是和以前的行為或數(shù)據(jù)包密切相關(guān)的。

（2）協(xié)議數(shù)據(jù)單元處理

①PDU預(yù)處理：主要包括包文法檢查及校驗和驗證等工作。

②給狀態(tài)機的事件：預(yù)處理完成確定包的類型，并將適當(dāng)?shù)氖录鹘o狀態(tài)機，狀態(tài)機完成數(shù)據(jù)包的解析，將協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為編程數(shù)據(jù)，狀態(tài)機根據(jù)消息類型及消息攜帶的具體參數(shù)執(zhí)行下一步動作。

③PDU傳輸：狀態(tài)機完成相應(yīng)動作后將產(chǎn)生的結(jié)果以消息的形式，結(jié)合具體所需參數(shù)，利用PDU組包功能，將編程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為協(xié)議數(shù)據(jù)，發(fā)送到線路上，傳送給對方。因此，概括地講，協(xié)議數(shù)據(jù)單元處理就是PDU的校驗、組包及解包過程，該步驟直接影響狀態(tài)機的執(zhí)行。

（3）協(xié)議接口

協(xié)議任務(wù)并非孤立存在或執(zhí)行，需要和系統(tǒng)環(huán)境中的其他成分接口和交互包括：

①實時操作系統(tǒng)；

②存儲管理；

③緩沖區(qū)管理；

④時間管理；

⑤事件管理；

⑥進程間通信；

⑦驅(qū)動程序接口；

⑧配置與控制。

（4）協(xié)議軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

①表：表主要有四類。

●　配置：用于設(shè)置操作參數(shù)和邊界的讀/寫或只讀。例如，口令就是配置參數(shù)。

●　控制：用于改變通信軟件模塊的讀/寫信息。例如，開啟或關(guān)斷協(xié)議，主備用切換標(biāo)志設(shè)置等就是控制。

●　狀態(tài)：詳細(xì)反映當(dāng)前操作狀態(tài)的只讀信息。例如，HDLC鏈路的運行狀態(tài)就是狀態(tài)變量。

●　統(tǒng)計：模塊記數(shù)或監(jiān)視到的只讀信息。例如，對一個對模塊接收或發(fā)送的報文數(shù)記數(shù)的變量就是統(tǒng)計變量。

②其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

●　進程控制塊：記錄協(xié)議模塊中各進程狀態(tài)，參數(shù)等信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

●　接口控制塊：記錄模塊或進程間通信端口狀態(tài)及信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

③實現(xiàn)：在協(xié)議軟件中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表、進程控制塊、接口控制塊，通常使用數(shù)組、鏈表、樹結(jié)構(gòu)等方式實現(xiàn)。

為了能夠快速、有效地訪問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要根據(jù)不同對象設(shè)計不同的HASH算法直接定位的方式實現(xiàn)。

（5）配置與控制

協(xié)議的配置與控制是指協(xié)議的管理。

①開啟和關(guān)斷協(xié)議；

②開啟和關(guān)斷特定端口的協(xié)議；

③特定接口的編址；

④設(shè)置最大幀尺寸；

⑤協(xié)議消息超時管理；

⑥對等實體的超時處理；

⑦鑒別安全信息；

⑧流量參數(shù)管理；

⑨封裝信息。

（6）系統(tǒng)啟動

①對各種表的大小參數(shù)進行初始化；

②為動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)表分配內(nèi)存；

③狀態(tài)表變量初始化；

④緩沖區(qū)和定時器接口初始化；

⑤從本地源讀入配置，并對配置初始化；

⑥高層和低層接口初始化，包括向高層和/或低層注冊；

⑦需要時創(chuàng)建和啟動其他的協(xié)議任務(wù)；

⑧在無限循環(huán)中等待。

4.多板通信軟件的設(shè)計

通信系統(tǒng)很復(fù)雜，通常在一個機殼上有多塊板，甚至有多個機殼。本小節(jié)討論通信中常用的多板設(shè)計中軟件結(jié)構(gòu)的變化。

（1）板件通信協(xié)議及實現(xiàn)

板間通信協(xié)議（ICCP或ICP）解決各主控板之間的通信問題和主控板和硬件插板的通信問題。目前使用的通信方式：TCP、UDP、HDLC等。

板間通信協(xié)議的實現(xiàn)：對底層通信方式進行封裝，提供兩個統(tǒng)一的接口，分別對應(yīng)基本傳輸服務(wù)（A類服務(wù)）和帶差錯控制的服務(wù)（B類服務(wù)）。

A類服務(wù)：通信的一方將報文發(fā)送給對方，不等對方證實。對方收到報文后直接交給用戶，不回證實。這類服務(wù)不提供差錯控制，主要適合兩種場合：協(xié)議用戶本身自己提供差錯控制；ICCP底層已提供差錯控制，如TCP。

B類服務(wù)：該服務(wù)與MTP相似，每個報文都帶一個前向序號字節(jié)和一個后向序號字節(jié)。所謂前向序號是指發(fā)送方給當(dāng)前發(fā)送報文的編號，所謂后向序號是本方已正確接收的報文序號。通過對這些序號的判斷，實現(xiàn)對丟失報文的重發(fā)，從而達(dá)到差錯控制的目的。B類服務(wù)主要用于直接控制HDLC芯片進行通信，或在局域網(wǎng)上使用UDP協(xié)議。

（2）多板系統(tǒng)中的故障與容錯

多板系統(tǒng)和單板系統(tǒng)都會受到硬件故障的影響，但多板系統(tǒng)能夠通過切換到另一塊板對故障進行處理，這就是多板系統(tǒng)的容錯。目前，電信級設(shè)備普遍要求具有容錯功能。單控制板+多線板結(jié)構(gòu)是通信應(yīng)用中經(jīng)常使用的多板系統(tǒng)實現(xiàn)。

5.通信系統(tǒng)管理軟件

①SNMP管理

②公共管理信息協(xié)議（CMIP）；

③公共對象請求代理結(jié)構(gòu)（CORBA）；

④事務(wù)語言1（TL1）；

⑤命令行接口（CLI、MML）。