如何利用SDL開發(fā)TD－SCDMA高層信令

   摘要：介紹TD-SCDMA系統(tǒng)的UE結(jié)構(gòu)以及根據(jù)實際工作經(jīng)驗提出利用SDL開發(fā)TD-SCDMA高層信令系統(tǒng)的方法。

    關(guān)鍵詞：TD-SCDMA系統(tǒng) SDL語言 MSC 實時操作系統(tǒng)

１ ＳＤＬ語言介紹

ＳＤＬ（規(guī)范描述語言）廣泛地用于描述通信系統(tǒng)的行為。它是ＣＣＩＴＴ推薦的規(guī)范描述語言。經(jīng)過ＩＴＵ－Ｔ的發(fā)展和標準化，定義在蘭皮書Ｚ．１００建議中。ＩＴＵ－Ｔ在１９８８年推出了第一個正式版，以后每四年進行一次增補更新。作為國際標準化的正式語言，它被用來規(guī)范實時多任務系統(tǒng)的描述。ＳＤＬ與其它一些相關(guān)技術(shù)如Ｚ．１２０建議——消息序列圖和Ｚ．１０５建議及抽象語法符號一起形成一個完整的描述語言。

在協(xié)議軟件的開發(fā)流程中，ＳＤＬ被應用在系統(tǒng)規(guī)范描述和設計階段。它完全獨立于硬件實現(xiàn)與操作系統(tǒng)。Ｔｅｌｅｌｏｇｉｃ Ｔａｕ公司提供的ＳＤＬ軟件不僅可以用于規(guī)范描述和設計，還可以把ＳＤＬ的描述和設計直接生成標準的Ｃ代碼。用戶也可以直接在ＳＤＬ描述和設計中嵌入Ｃ代碼，從而完成圖１中的實現(xiàn)部分的功能。經(jīng)ＳＤＬ描述產(chǎn)生的Ｃ代碼（包括嵌入的Ｃ代碼）可以直接與多種嵌入式（或非嵌入式）實時多任務操作系統(tǒng)集成，如ＮＵＣＬＵＥＳ、ｐＳＯＳ、Ｓｏｌａｒｉｓ、Ｖｒｔｘ、ＯＳＥ等，集成后的代碼可以直接在目標板上運行，從而方便用戶進行協(xié)議軟件的開發(fā)。

與ＳＤＬ相對應的ＭＳＣ（信息序列圖），是ＩＴＵ－Ｔ規(guī)范中用來表示信息序列的語言。在１９９１年，ＩＴＵ－Ｔ對ＭＳＣ進行了標準化。用ＭＳＣ圖可以方便地表示出信號的流向，即信號是從什么進程發(fā)送到什么進程，信號是否帶有參數(shù)、具體的參數(shù)值等都可以直觀地表示在ＳＤＬ ＭＳＣ圖中，這對了解和分析信號在各個模塊間的傳遞帶來了很大的方便。不僅如此，通過ＭＳＣ圖還可以將ＳＤＬ的各功能有機地聯(lián)系在一起。在軟件的跟蹤及調(diào)試過程中，使用Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ和Ｖａｌｉｄａｔｏｒ可以產(chǎn)生ＭＳＣ圖。在軟件的ＴＴＣＮ測試過程中，ＭＳＣ圖還經(jīng)常被用于分析測試的結(jié)果。通過ＭＳＣ圖還可以直觀地描述信號發(fā)送的先后次序，而這些在ＳＤＬ描述中是辦不到的。

開發(fā)的最后一步是使用ＴＴＣＮ進行測試。ＴＴＣＮ（樹表結(jié)合表示法）是由ＩＳＯ和ＩＴＵ定義在ＩＳＯ／ＩＥＣ ９６４６－３中的一個規(guī)范測試語言，是ＩＳＯ／ＩＥＣ ９６４６的第三部分標準，用于ＯＳＩ一致性測試集的測試表示法。樹表結(jié)合表示法，顧名思義，就是采用以樹和表格為表現(xiàn)形式的測試表示法，其中表格主要用于數(shù)據(jù)類型、原語、協(xié)議觀察點、約束等，而樹則用于描述測試集、測試例、測試步。對標準有效性的驗證和通信軟件的一致性測試就顯得非常重要。

用ＳＤＬ設計的系統(tǒng)是一個等級結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，它包括了系統(tǒng)、功能塊和進程等。一個系統(tǒng)可以包含多個塊，每個塊可由一個或多個進程組成。進程是ＳＤＬ系統(tǒng)中的最小處理單元，采用ＥＦＳＭ描述，所有用戶的處理和操作都在進程中完成。在系統(tǒng)級下定義的內(nèi)容（信號、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等）可以在該系統(tǒng)下所有的塊和進程中使用，在塊下定義的內(nèi)容可以在該塊的任何進程中使用。

正是ＳＤＬ的這些特點，在開發(fā)協(xié)議軟件中起著不可比擬的作用，下面以ＳＤＬ開發(fā)ＴＤ－ＳＣＤＭＡ高層信令簡單說明ＳＤＬ的使用。

２ ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

首先介紹一下ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)ＴＳＭ協(xié)議的要求和實際開發(fā)產(chǎn)品的需要，可將ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統(tǒng)用戶終端協(xié)議軟件分成圖２所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（沒有包括分組數(shù)據(jù)業(yè)務部分）。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)滿足ＴＳＭ協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)控制和軟件的需要增添了ＴＳＲ、ＨＬ１模塊，是一個ＳＤＬ塊級的ＴＤ－ＳＣＤＭＡ的ＵＥ端高層信令結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)共有六個模塊，每個模塊對應ＳＤＬ中的一個塊，每個模塊分別完成不同的功能。下面簡要介紹每個模塊的功能和接口。

ＣＭ模塊完成連接管理功能，包括呼叫控制、短消息和附加業(yè)務三部分，即圖２中的ＣＭ塊。

ＭＭ模塊完成在電路交換模式下的移動性管理功能，實現(xiàn)ＵＥ的移動性、安全性以及連接管理，即圖２中的ＭＭ塊。

ＴＳＲ模塊是一個信號中轉(zhuǎn)模塊，是ＭＭ子層的一部分，主要實現(xiàn)信號路由的功能；同時基于ＣＭ子層中各實體的多實例（如建立多個呼叫）特性，對ＣＭ模塊進行多實例的管理。

ＲＲＭ模塊完成無線資源管理和控制功能。在空閑模式下，ＲＲＭ模塊執(zhí)行小區(qū)選擇和小區(qū)重選、為響應網(wǎng)絡尋呼或高層的ＲＲ建立請求而發(fā)起ＲＲ連接建立以及切換等任務；在ＲＲ連接建立過程中，ＲＲＭ控制ＨＬ１模塊發(fā)起立即指派過程、主信令鏈路的建立過程；在連接模式下，ＲＲＭ主要完成連接模式的資源管理，如指派、信道模式改變和切換等控制過程；處理隨路信令，如分析和處理系統(tǒng)信息類型５、類型６；發(fā)送測量報告以及對在ＦＡＣＣＨ信道上接收到的層３消息進行分析和處理等任務。另外ＲＲＭ模塊還控制ＨＬ１模塊對服務小區(qū)和鄰近小區(qū)的測量等過程。

ＤＬ模塊完成無線連接控制功能，主要包括：信道上提供一個或多個數(shù)據(jù)鏈路的連接，不同的連接通過數(shù)據(jù)鏈路連接標識ＤＬＣＩ區(qū)分；提供幀類型的識別機制；允許層３消息在２個層３對等實體之間進行透明傳輸；順序控制，以保持幀通過一條數(shù)據(jù)鏈路連接后的順序；具有在數(shù)據(jù)鏈路上對格式和操作性錯誤的檢測功能；當出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的不可恢復性錯誤時，具有向?qū)樱硨嶓w報告錯誤的機制；具有流量控制的功能；在ＲＡＣＨ上完成接入請求后，當需要建立一條數(shù)據(jù)鏈路時具有解決沖突的功能。

ＨＬ１模塊是連接協(xié)議層與物理層的橋梁。按系統(tǒng)的硬件設計，協(xié)議層和應用層的任務由ＡＲＭ處理器完成，ＤＳＰ處理器負責完成具體的物理層底層任務，如信源和信道的編解碼、交織、各種物理層參數(shù)的測量、擴頻及調(diào)制等。兩種處理器之間通過中斷交換數(shù)據(jù)。ＨＬ１根據(jù)協(xié)議層的請求，通過對協(xié)議層的任務分解和規(guī)劃，對物理層資源進行調(diào)度和控制。主要包括：在小區(qū)選擇過程中，ＨＬ１模塊控制物理層進行鄰近小區(qū)的碼功率的測量，解讀ＢＳＩＣ，解讀ＤｗＰＴＳ的相位，讀?。拢茫茫葔K等任務；在空閑狀態(tài)下，ＨＬ１模塊控制物理層執(zhí)行服務小區(qū)和鄰近小區(qū)的測量，解讀服務小區(qū)的系統(tǒng)信息和最強６個鄰近小區(qū)的系統(tǒng)信息類型１，并把測量結(jié)果和讀取的系統(tǒng)信息報告給ＲＲＭ模塊；在隨機接入過程中，根據(jù)ＲＲＭ模塊的控制信號，ＨＬ１模塊控制并調(diào)度物理層執(zhí)行隨機接入過程的消息發(fā)送與接收；在連接模式下ＨＬ１控制物理層執(zhí)行數(shù)據(jù)的收發(fā)、服務和鄰近小區(qū)的測量以及切換過程等。

    圖２中，每個模塊對應ＳＤＬ描述中的一個塊級結(jié)構(gòu)，在每個塊級結(jié)構(gòu)中又可以分成很多個進程，高層信令可以通過ＰＨＩ信道和物理層進行通信。向上可以通過ＭＭＩ、ＣＭＭＩ、ＭＭＳＩＭ信號和人機界面進行信息交互。而人機界面可以由ＷＩＮＣＥ系統(tǒng)完成，硬件驅(qū)動部分可以直接編程實現(xiàn)[３]。

３ 利用ＳＤＬ系統(tǒng)開發(fā)ＴＤ－ＳＣＤＭＡ方法

在圖２的ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統(tǒng)描述中，可以利用Ｔｅｌｅｌｏｇｉｃａ Ｔａｕ ＡＢ公司的ＳＤＬ Ｅｄｉｔｏｒ?qū)⑵涿枋龀蓸藴实模樱模堂枋鲂问?。但不是系統(tǒng)所有的部分都可以使用ＳＤＬ開發(fā)。在硬件驅(qū)動、物理層具體的算法、信道的編解碼以及ＳＩＭ卡的操作等都需要Ｃ語言（或者其他語言）完成。最后將所有的代碼編譯成一個可以執(zhí)行的目標代碼。具體過程如圖３所示。系統(tǒng)開發(fā)代碼運行平臺是ＡＲＭ，操作系統(tǒng)是ＮＵＣＬＵＥＳ ＰＬＵＳ。

利用ＳＤＬ實現(xiàn)ＴＤ－ＳＣＤＭＡ高層信令軟件過程如下：

第一步：首先根據(jù)詳細報告的描述，定義出所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如保存系統(tǒng)信息的結(jié)構(gòu)體、ＩＭＳＩ碼結(jié)構(gòu)、ＴＭＳＩ碼以及任務規(guī)劃等結(jié)構(gòu)定義，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以Ｃ／Ｃ＋＋語言格式或是ＡＮＳ．１格式完成，它們都可以被ＳＤＬ使用。Ｃ／Ｃ＋＋描述可以被ＳＤＬ提供的ＣＰＰ２ＳＤＬ．ＥＸＥ工具很方便地轉(zhuǎn)換成ＳＤＬ，可以直接使用ＰＲ文本[８]。

第二步：利用ＳＤＬ工具將圖２中完成的ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統(tǒng)描述和生成相關(guān)的ＰＲ描述，根據(jù)需要編譯成不同的Ｃ／Ｃ＋＋代碼，最常用的有兩種：一種是在目標板上運行的代碼?穴通常選用Ｃａｄｖａｎｃｅｄ模式?雪，另一種是可以提供給ＴＴＣＮ測試的代碼。

第三步：由于生成的目標代碼和測試代碼具有很好的一致性，利用ＴＴＣＮ可以檢查出ＳＤＬ設計中的問題，以保證ＳＤＬ設計的正確性。這也是利用ＳＤＬ進行ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統(tǒng)開發(fā)的優(yōu)勢之一。根據(jù)ＴＳＭ １１(ＴＤ－ＳＣＤＭＡ系統(tǒng)測試規(guī)范)系列所編寫的測試例，方便進行協(xié)議的一致性測試，最大可能地發(fā)現(xiàn)開發(fā)中出現(xiàn)的問題，避免了這些錯誤帶到板級調(diào)試中，從而加快了軟件開發(fā)速度。

第四步：ＳＤＬ描述生成的Ｃ源代碼要在ＡＲＭ硬件系統(tǒng)上運行，還需要與選定的ＲＴＯＳ操作系統(tǒng)進行集成。ＳＤＬ可以與多種ＲＴＯＳ系統(tǒng)相互集成，它們的集成原理相同。根據(jù) ＳＤＬ的進程任務，在ＲＴＯＳ系統(tǒng)中的處理情況可以分成兩種，一種是深度集成，另外一種是輕度集成。它們的效果相同，其區(qū)別在于深度集成將ＳＤＬ描述中的每一個進程作為ＲＴＯＳ中的一個進程來處理，而輕度集成則將整個ＳＤＬ系統(tǒng)作為一個ＲＴＯＳ進程進行處理。在實際應用中，大多使用第二種方法。這種方法便于ＳＤＬ和ＲＴＯＳ系統(tǒng)的集成，集成時只需要修改ＳＤＬ的接口文件ｓｅｔｅｎｖ．ｃ。在該接口文件中，增加下列ＮＵＣＬＥＵＳ的函數(shù)：

ＮＵ＿Ｃｒｅａｔｅ＿Ｍｅｍｏｒｙ＿Ｐｏｏｌ（）

ＮＵ＿Ａｌｌｏｃａｔｅ＿Ｍｅｍｏｒｙ（）

ＮＵ＿Ｃｒｅａｔｅ＿Ｔａｓｋ（）

前兩個函數(shù)被ＮＵＣＬＥＵＳ用來分配內(nèi)存，保存ＳＤＬ進程控制塊。ＮＵ＿Ｃｒｅａｔｅ＿Ｔａｓｋ（）函數(shù)用于創(chuàng)建ＮＵＣＬＥＵＳ的任務，它是ＳＤＬ進程與ＮＵＣＬＥＵＳ接口的關(guān)鍵函數(shù)。該函數(shù)共有１１個參數(shù)：Ｔａｓｋ＿Ｐｔｒ、“ＳＤＬ＿ｆｎ”、ＳＤＬ＿ｍａｉｎ、０、ＮＵＬＬ、Ｓｔａｃｋ＿Ｐｔｒ、ＭＡＮＡＧＥＲ＿ＳＴＡＣＫ＿ＳＩＺＥ、ＭＡＮＡＧＥＲ＿

ＴＡＳＫ＿ＰＲＩＯＲＩＴＹ、ＭＡＮＡＧＥＲ＿ＴＩＭＥ＿ＳＬＩＣＥ、ＮＵ＿ＰＲＥＥＭＰＴ、

ＮＵ＿ＳＴＡＲＴ；其中Ｔａｓｋ＿Ｐｒｔ是指向進程的控制塊、“ＳＤＬ＿ｆｎ”是進程的名字、Ｓｔａｃｋ＿Ｐｔｒ是進程的堆棧指針、ＭＡＮＡＧＥＲ＿ＳＴＡＣＫ＿ＳＩＺＥ是堆棧的大小；ＭＡＮＡＧＥＲ＿ＴＩＭＥ＿

ＳＬＩＣＥ是進程可以占用的最大時間（以ｔｉｃｋｓ來計算）。經(jīng)過修改后的接口函數(shù)只要與ＳＤＬ生成的源代碼和操作系統(tǒng)提供的代碼一起編譯即可。每次啟動系統(tǒng)后，ＮＵＣＬＥＵＳ將ＳＤＬ描述當作是一個獨立的任務進行處理。ＳＤＬ進程由ＳＤＬ內(nèi)核管理，而整個ＳＤＬ系統(tǒng)則由ＮＵＣＬＥＵＳ管理。ＮＵＣＬＥＵＳ系統(tǒng)有自己一套完整的消息處理機制，同時ＳＤＬ生成的代碼也有自己一套信號處理機制，它們相互獨立，共同作用組成應用系統(tǒng)[９]。

最后將ＳＤＬ生成的代碼、ＮＵＣＬＵＥＳ代碼和所編寫的硬件驅(qū)動統(tǒng)一編寫成ＡＲＭ運行代碼。

在整個軟件開發(fā)過程中，實際開發(fā)過程不是完全由第一步到第四步這么簡單，有時它們交織在一起。在ＴＴＣＮ以及目標板測試中發(fā)現(xiàn)的問題反饋到設計過程，不斷修正，直到系統(tǒng)的最后完善。

從以上過程描述可以看出ＳＤＬ有以下優(yōu)勢：

(１)ＳＤＬ工具可以同時支持圖形(ＧＲ)和文本描述(ＰＲ)，并且可以相互轉(zhuǎn)換。圖形方式方便設計人員直觀了解設計結(jié)果，而文本方式便于保存。

(２)便于軟件設計，可以將詳細設計報告和代碼設計過程有機地結(jié)合在一起，ＳＤＬ可以把利用ＳＤＬ描述的詳細報告部分直接生成所需要的代碼。

(３) 由于ＳＤＬ具有一致性的目標源代碼和測試代碼，可以利用ＴＴＣＮ直接測試，大大提高了ＳＤＬ設計的源代碼的正確性。同時ＳＤＬ具有豐富的ＭＳＣ接口，在測試的Ｖａｌｉｄａｔｏｒ、Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ、ＴＴＣＮ過程中都有ＭＳＣ圖輸出，可以提供設計人員檢查設計中存在的問題。

ＳＤＬ生成的代碼可以在多種實時多任務平臺上運行，可以方便地與ｐＳＯＳ、Ｎｕｃｌｕｅｓ Ｐｌｕｓ、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＶｘＷｏｒｋｓ、ＯＳＥＤｅｌｔａ等ＲＴＯＳ系統(tǒng)相互集成，具有較好的可一致性。

ＳＤＬ工具可以將整個軟件開發(fā)過程、需求報告、總體設計報告、詳細設計報告、代碼設計及測試和維護集成一體。各個部分的設計都可以使用ＳＤＬ的不同功能來描述，最大限度地節(jié)省人力和物力。

圖3 利用SDL開發(fā)TD-SCDMA系統(tǒng)模式（UE端）

    本文沒有介紹ＳＤＬ的ＵＭＬ部分可以完成軟件開發(fā)的需求分析、總體或概要設計。結(jié)合ＳＤＬ的功能，Ｔｅｌｅｌｏｇｉｃａｌ Ｔａｕ ＡＢ提供的ＳＤＬ工具將軟件開發(fā)的全過程有機地結(jié)合在一起，從需求分析到代碼生成。加快了軟件開發(fā)速度，縮短了軟件開發(fā)周期。在整個ＴＤ－ＳＣＤＭＡ高層項目開發(fā)中，ＳＤＬ工具軟件起關(guān)鍵作用。

但是ＳＤＬ在協(xié)議軟件的開發(fā)中也不是萬能的，雖然ＳＤＬ的描述直觀、方便，但是ＳＤＬ生成的代碼非常復雜，不便于修改和閱讀。這也是惟一對ＳＤＬ擔憂的地方。通常在生成代碼中一個不起眼的ＢＵＧ，將永遠都不會找到。