基于MTCA架构的ISDN接入网关设计

2013-04-23南京航空航天大学电子信息工程学院

电子世界 2013年3期

南京航空航天大学电子信息工程学院贺信

下一代网络(NGN)是多网融合的产物，是可以提供多种包括媒体、音频、数据等各种业务的开放性网络。PICMG(PCI Industrial Computer Manufacturers Group)是开放性通信平台架构规范的领导者，2005年PICMG在ATCA[1](Advanced Telecom Computing Architecture)的基础上提出的MTCA(Micro Telecom Computing Architecture)架构规范[2]，从此MTCA成为业界研究的热点。MTCA因其开放性的架构标准，特别适用于多种不同网络融合的小型化应用。本文提出一种基于此架构的ISDN网关设计[3][4]，实现ISDN网络在IP网络中的接入。

1.系统总体结构

本系统是通过设计符合MTCA规范的AMC（Advanced Mezzanine Card：高级夹层卡）模块来实现ISDN接入网关的功能。1个典型的MTCA系统包括：12块AMC模块、1或2个MCH（MicroTCA Carrier Hub）、互连背板以及电源、散热等模块。MTCA系统支持AMC.0的所有4种规格的板卡，本系统采用AMC.2 Type E2(2个Gigabit Ethernet)。

图1 AMC硬件组成

ISDN接入网关主要完成两个功能：一是ISDN信令的与IP网络中SIP(Session Initiation Protocol∶初始会话协议)[5]信令之间的转换；二是媒体流之间的转换。一个典型的通信流程如下：

(a)ISDN终端通过ISDN接入网关对IP网络中的PC软电话发起呼叫。

(b)ISDN接入网关收到ISDN信令呼叫信号，转换为IP网络中的SIP信令呼叫信号，发送至软电话。

(c)软电话按照SIP信令流程反馈SIP信令至ISDN接入网关。

(d)ISDN接入网关将来自软电话的SIP信令转换为相应ISDN的信令，发送至ISDN终端。

(e)以上过程直至呼叫建立，ISDN接入网关将ISDN信道与IP网络中的媒体流通道打开，并进行相应的媒体流格式转换。

2.ISDN接入网关AMC硬件设计

本网关的AMC模块硬件按照功能主要划分为两部分：一是核心控制电路，完成信令转换的处理和媒体流协议的转换，是电路的核心部分；二是接口电路，完成ISDN线路的接入和MTCA系统的接入及管理。AMC硬件组成如图1。

2.1 核心控制电路设计

核心控制电路采用MindSpeed公司的VOIP处理器M82515作为主处理器，用于媒体流的协议的转换并提供软件运行的硬件平台；采用CPLD芯片来实现不同信号之间的交换、映射等处理。

M82515是专业用于VOIP设计的32位处理器，内部具有2个ARM920核和一个DSP核心，其中两个ARM920核分别用于控制和媒体流处理，DSP核用于呼叫中各种铃音的产生。

核心控制电路中的VOIP处理器最小系统，配备2片32M SDRAM芯片、1片用于存储应用程序的8M Flash芯片以及1片用于存储启动程序（bootloader）1M Flash芯片。

2.2 接口电路设计

接口电路的设计按照接口种类分为3个部分：一是用于ISDN线路接入的U接口，采用motorola公司的U接口芯片MC145572来设计实现；二是用于接入MTCA的GMII接口，采用REALTEK公司的以太网物理层芯片RT8201BL和Marvel公司的以太网交换芯片88E6045来设计实现；三是用于MTCA管理的I2C接口，采用Atmel公司的单片机ATmega128L来设计实现。

3.网关软件设计

由于ISDN网关应用在电信领域，因此需要保证其实时性要求。本网关软件平台采用的操作系统是WindRiver公司开发的Vxworks实时操作系统。VxWorks操作系统由内核、I/O系统、文件系统、网络支持几部分组成，并且拥有功能强大，界面友好的开发工具Tornado开发平台。网关软件的设计包括两大方面：一是基础软件系统，包括BSP（Board Support Package：板级支持包）的定制、操作系统的移植以及芯片驱动的编写；二是应用程序的设计，本系统中应用程序主要完成ISDN信令和SIP信令呼叫流程的控制与转换、媒体流的控制、交换和管理，应用程序的开发采用C语言设计。在下文中着重对Vxworks移植和呼叫流程的控制与转换进行介绍[6][7]。

3.1 Vxworks移植

VxWorks的移植是通过BSP来实现的。Wind River公司的Tornado开发工具对应于不同硬件平台提供了相应的BSP配置程序，功能十分强大。仅仅通过Tornado开发工具我们就可以生成bootloader引导程序和VxWorks内核映像。

BSP的配置文件一般在VxWorks编泽环境Tornado的目录target/config/all和target/config/CPUxxx（CPU型号）中，前一个目录中是通用的配置，一般不用修改，后一个目录中包括了对应的处理器的型号，如本系统BSP的配置是主要是在target/config/MindARM920（MindSpeed提供）中的config.h文件中进行的。配置文件config.h主要定义了引导行，目标机操作系统包含的主要成分，如软驱、IDE硬盘、SCSI设备、网络等设备驱动，文件系统（DOSFS，TFFS，CDROMFS等），调试方式，内存地址等及有关参数。引导行（boot line）定义了引导设备、引导路径、操作系统文件名、主机/目标机IP地址、子网掩码、FTP用户名和口令等参数。

修改config.h最重要的一步是修改引导行。引导文件bootrom.sys根据引导行来确定引导设备、引导路径、操作系统文件，并且引导行存放在固定的位置。操作系统访问引导行来确定网络的配置，系统reboot时也将访问引导行。bootrom.sys和VxWorks将它转换为一个特定的引导参数结构BOOT_PARAMS。在config.h中，引导行定义为有特定格式的字符串。BOOT_PARAMS定义在hootlib.h中。

BSP配置完成后，接下来就是生成bootloader文件bootrom_uncmp和内核映像文件VxWorks。

在Tornado集成环境中执行菜单命令Build-〉Build Boot ROM…，在弹出的对话框中，左边框中选择BSP，选中ARM920，右边框中选择要生成的影像文件，选择bootrom_uncmp，然后点击OK确认。Tornado将生成bootrom_uncmp。VxWorks内核映像文件的生成和bootrom_uncmp文件生成的操作基本一致。