一种面向LTE基站的SOC平台软件解决方案
本文分析了基于最新soc处理器设计的lte基站对于平台软件的功能需求。针对基于soc的基站平台软件应用中所遇到的问题， 提出了enea面向于基站中soc处理器的平台软件解决方案， 给出了详细的实现过程及应用实例， 该方案对基站平台软件的设计提供了新的思路。
1．前言：
随着移动通信技术的发展，从最早的第一代模拟无线网络、第二代gsm通信网络、第三代3g通信网络、直到目前商用的4g lte通信网络，甚至正在研究阶段的5g通信网络，从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，数据的传输速率越来越快。数据处理能力的增加对无线基站平台提出了越来越高的要求，从而无线基站处理单板的设计也越来越复杂，逐步向多核多cpu、多核多dsp的方向演进，随着芯片集成度越来越高，融合多cpu和多dsp核的单芯片soc解决方案成为目前lte基站设计的热点。
在融合cpu和dsp的单芯片soc中，一般包含多个cpu和dsp核，以及大量的片内外设，例如目前lte基站的主流soc芯片freescale的b4860，片内包含4个powerpc cpu核以及6个sc3900 dsp核，集成以太网、srio、maple算法加速器等大量外设。随着芯片硬件的复杂度提高，对于如何管理如此复杂的系统，对基站平台的软件设计与规划提出了更高的要求。
下文介绍一种面向基站平台处理单板的基于融合soc处理器的平台软件解决方案。
2．基站平台软件方案的特点：
2．1基站平台软件的定义
基站的功能由机架上的业务子板来实现。子板上的软件一般分为驱动层、操作系统层和应用层（协议层和运维部分）。一般把驱动层和操作系统层统称为平台软件层。平台软件层负责管理硬件资源，为应用层提供服务包括资源分配、任务调度、冗错处理、文件系统接口、ip协议栈、驱动封装等。
可以说一切应用层的设计，都是基于平台软件层的架构来实现。一个优秀的、功能丰富的平台软件层，可以使应用层的设计实现变得尤为简单，其高可靠性又可使整个系统变得更为强壮。因此选择一个好的平台软件层，对整个基站性能至关重要。
2．2目前面临的问题
随着通信技术的演进，对基站数据处理能力的要求也越来越高，单板之上的包含多核dsp和多核cpu的融合soc芯片系统成为未来的发展趋势。复杂的多核soc系统，对平台软件功能提出了更高的要求。
对于一个多核cpu+dsp的soc系统，如何管理多核cpu上的资源和任务调度，如何为多核dsp提供高效稳定的操作系统，如何管理如此庞大的dsp阵列，如何有效地进行跨核乃至跨处理器间的通信，如何对这样的多核cpu和dsp的复合系统进行调试和日志追踪？ 这一切都对平台软件提出了新的挑战。
面对这样一个日益庞杂的系统，我们该如何应对？
下文重点介绍enea面向soc（cpu+dsp）基站设计的平台软件解决方案，相信能为未来基站软件的设计提供帮助。
3．enea面向基站的平台软件解决方案：
3．1 enea简介
enea源自于1968年，于1989年在瑞典上市，是全球网络和终端软件供应商的领导者，专注于通讯领域实时操作系统和平台软件。作为一家走过半个世纪的，服务于全球主要的的网络和终端软件供应商，enea以其先进技术为通信领域的发展提供源源不绝的动力。
3．2 enea soc平台软件解决方案
enea的平台软件解决方案由四大部分组成，包括面向多核cpu的enea linux操作系统、针对多核dsp的oseck操作系统、soc上的管理中间件和enea系统级调试工具optima。目标系统上的各个实体由enea的分布式透明传输模块linx连接起来。整体系统框图如下所示：
图1 enea平台软件方案框图
enea的平台软件解决方案为单板之上的包含多核dsp和多核cpu的融合soc芯片提供了完整的软件架构、丰富的调试监测功能以及简单实用的高可靠通信的ipc工具。
在soc的dsp侧，enea的oseck操作系统为dsp的软件架构和编程提供了可靠的选择。oseck是enea专门针对dsp进行优化的精简高效的实时操作系统，也是业内最优秀商用的面向dsp的操作系统。oseck支持freescale、ti、lsi、adi、ceva等几乎所有的最新dsp处理器，与linx模块相同的应用层api接口，为每款dsp专门优化的内核，小至10kb footprint，丰富的bsp及应用模块例如timeout server，另外dsp错误检测、coredump模块等为程序的设计以及系统的出错追踪提供了更多的可能。
在soc的cpu侧，提供基于yocto开发环境的enea linux操作系统或ose硬实时操作系统。yocto是一个图形化的集成开发调试环境，提供linux的配置、组件的自动下载、编译、调试、性能监控等功能，受到各大主流芯片以及嵌入式软件提供商的支持。enea linux基于yocto的开发环境，提供针对于soc做特别优化的linux版本，除此以外，针对基站开发的实时性要求，提供在linux环境下的硬实时调度环（lwrt）。enea lwrt是一种linux用户空间的多核执行环境，任务调度时间、中断响应时间都是高性能、可确定性的，对满足基站高层协议栈的性能要求尤为重要。
在cpu侧也可使用ose操作系统，这是enea针对多核cpu作专门优化的操作系统，支持几乎所有类型的cpu，广泛地应用于各大通信厂商的移动台和局端通信设备之中。如下图：
图2 ose 5.x系统框图
ose 5.x独有的xmp模式即有smp模式的简单易用性，又具有到amp模式的性能，为平台软件cpu侧的软件架构设计提供了方便。ose的直接消息传递机制和集中式错误处理大大简化了编程的工作，ose丰富的模块，文件系统、ip协议栈、动态加载模块、linx工具、ramlog工具、optima系统级调试工具，这一切功能都节约了开发工作时间，加快了产品化速度。
对于基于soc（cpu+dsp）的基站平台来说，dsp数量较多，并用于物理层协议栈、甚至mac层的业务处理，并由soc的cpu侧来进行管理。如何管理、监控和调试这样一个数量庞大的dsp核阵列是一个需要考虑的问题。enea针对这一需求推出的dsp管理模块从根本上解决了这一问题。
soc之上的dsp管理模块如下图所示：
图3 dsp管理功能框图
dsp管理模块主要实现下面五大功能：
（1）cpu侧对dsp执行文件的加载启动和复位。
（2）cpu侧对dsp应用（包括进程和设备状态）的监控。
（3）cpu侧对dsp coredump事后分析的管理（包括收集coredump，上传服务器和在线分析）。
（4）为dsp提供shell命令行的接入服务。
（5）enea系统级调试工具optima从cpu侧通过linx通路接入dsp，用于dsp上系统的实时监控。
这些功能专门针对soc芯片中dsp核阵列的管理而设计，为基于soc设计的基站等有cpu和大量dsp的复合系统的实现，提供可靠的解决方案。
enea的分布式透明传输模块linx负责soc中cpu与dsp、以及dsp与dsp节点间无缝通信，针对于单芯片内的方案基于共享内存池的通信方式，高效没有数据拷贝。另外，linx支持几乎所有的物理通信介质包括共享内存、以太网、srio、pci等。统一了核间、同构/异构处理器间乃至板间的通信接口，并提供保证链路可靠性的机制，使分布式系统间的通信犹如在同一个核内通信那么简单。因此，linx的出现大大简化了分布式系统的程序设计。
针对整个平台软件的调试，enea的optima系统级调试工具为系统的调试提供了方便。optima调试工具可以以插件的形式整合到freescale codewarrior或ti ccs环境中，与jtag代码级调试结合使用。optima工具主要通过以太网与目标系统相连，只要目标系统中的实体有linx链路，那么通过pc侧的optima工具就可以看到整个分布式系统的拓扑图。optima可以查看cpu或者dsp上操作系统的进程状态、内存和堆的详细分配情况、cpu使用率、查看系统coredump、进行基于gdb的在线调试、实时查看系统和用户的日志等，为查看系统瓶颈、代码优化等提供方便。
图4 系统级调试工具optima图示
综上，enea针对基站开发的基于soc的平台软件解决方案包括，面向cpu的enea linux操作系统和lwrt实时运行环境、针对dsp核的oseck操作系统、soc芯片中dsp核的管理模块以及enea系统级调试工具optima。这些功能满足了新一代基于soc（cpu+dsp）的基站平台软件的需求，为基站的软件架构设计提供了参考。下面介绍一个应用实例：
3．3 应用实例
enea面向基站的平台软件方案广泛地应用于爱立信、华为、诺西、阿朗、普天、大唐等大型通信设备公司的设备中，为世界通信设备的发展贡献自己的智慧。
当今基站的发展日趋多样性，除了常规的marco型基站外，pico或小型基站成为目前主流通信设备厂商3g、4g局端设备发展的新方向。下面简单介绍一个enea的基站平台解决方案在lte pico基站的应用实例。如下图所示：
图5 基站平台解决方案应用实例
b4860是freescale针对lte中型基站的包含powerpc cpu核和sc3900 dsp核的soc芯片，片内集成的maple2 lte物理层协处理器，可完整的自动处理pdsch和pusch信道流程，最多可支持三个20m的lte小区。在enea针对这个soc芯片的平台软件方案中，cpu侧运行enea linux、enea lwrt环境以及dsp的管理模块、dsp侧运行oseck硬实时操作系统，cpu和dsp之间使用enea的linx基于共享内存池的方式进行通信。通过pc侧的optima工具进行整个系统的监控与调试。
按照一般基站bbu的软件设计，物理层协议栈运行于dsp上，mac及以上协议栈运行于cpu之上，因此对于b4860这样的芯片整体软件架构如下图所示。每两个dsp核为一组，负责一个小区，每个核分别处理上行和下行数据，共六个dsp核因此对应三个lte小区，oseck可提供实时的调度性能以满足物理层对实时性的需要，同时基于共享内存池的linx交互模块提供dsp与dsp，cpu与dsp间的高效无缝通信。cpu核上的mac层及高层协议栈中对性能敏感的部分，运行于enea的lwrt实时环境之上，可对linux之上的应用提供实时的性能的保证，使之符合lte的1ms限制的调度要求。对于实时性要求不高的部分，可直接运行于enea linux之上，例如运维等部分。本套软件方案已应用于此客户的量产型基站产品中。
图6 基站平台解决方案应用实例任务划分
4. 结论：
本文介绍了enea面向soc处理器基站的平台软件解决方案。详细介绍了方案的组成，包括面向cpu核的enea linux操作系统和lwrt实时运行环境或ose硬实时操作系统、针对dsp核的oseck操作系统、dsp核的管理模块、enea系统级调试工具optima以及enea的分布式透明传输模块linx。文章突出了此方案的优点以及应用的实例，为新一代基站的软件架构设计提供了参考。
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1．前言：
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在融合cpu和dsp的单芯片soc中，一般包含多个cpu和dsp核，以及大量的片内外设，例如目前lte基站的主流soc芯片freescale的b4860，片内包含4个powerpc cpu核以及6个sc3900 dsp核，集成以太网、srio、maple算法加速器等大量外设。随着芯片硬件的复杂度提高，对于如何管理如此复杂的系统，对基站平台的软件设计与规划提出了更高的要求。
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2．1基站平台软件的定义
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可以说一切应用层的设计，都是基于平台软件层的架构来实现。一个优秀的、功能丰富的平台软件层，可以使应用层的设计实现变得尤为简单，其高可靠性又可使整个系统变得更为强壮。因此选择一个好的平台软件层，对整个基站性能至关重要。
2．2目前面临的问题
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对于一个多核cpu+dsp的soc系统，如何管理多核cpu上的资源和任务调度，如何为多核dsp提供高效稳定的操作系统，如何管理如此庞大的dsp阵列，如何有效地进行跨核乃至跨处理器间的通信，如何对这样的多核cpu和dsp的复合系统进行调试和日志追踪？ 这一切都对平台软件提出了新的挑战。
面对这样一个日益庞杂的系统，我们该如何应对？
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3．enea面向基站的平台软件解决方案：
3．1 enea简介
enea源自于1968年，于1989年在瑞典上市，是全球网络和终端软件供应商的领导者，专注于通讯领域实时操作系统和平台软件。作为一家走过半个世纪的，服务于全球主要的的网络和终端软件供应商，enea以其先进技术为通信领域的发展提供源源不绝的动力。
3．2 enea soc平台软件解决方案
enea的平台软件解决方案由四大部分组成，包括面向多核cpu的enea linux操作系统、针对多核dsp的oseck操作系统、soc上的管理中间件和enea系统级调试工具optima。目标系统上的各个实体由enea的分布式透明传输模块linx连接起来。整体系统框图如下所示：
图1 enea平台软件方案框图
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在soc的dsp侧，enea的oseck操作系统为dsp的软件架构和编程提供了可靠的选择。oseck是enea专门针对dsp进行优化的精简高效的实时操作系统，也是业内最优秀商用的面向dsp的操作系统。oseck支持freescale、ti、lsi、adi、ceva等几乎所有的最新dsp处理器，与linx模块相同的应用层api接口，为每款dsp专门优化的内核，小至10kb footprint，丰富的bsp及应用模块例如timeout server，另外dsp错误检测、coredump模块等为程序的设计以及系统的出错追踪提供了更多的可能。
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对于基于soc（cpu+dsp）的基站平台来说，dsp数量较多，并用于物理层协议栈、甚至mac层的业务处理，并由soc的cpu侧来进行管理。如何管理、监控和调试这样一个数量庞大的dsp核阵列是一个需要考虑的问题。enea针对这一需求推出的dsp管理模块从根本上解决了这一问题。
soc之上的dsp管理模块如下图所示：
图3 dsp管理功能框图
dsp管理模块主要实现下面五大功能：
（1）cpu侧对dsp执行文件的加载启动和复位。
（2）cpu侧对dsp应用（包括进程和设备状态）的监控。
（3）cpu侧对dsp coredump事后分析的管理（包括收集coredump，上传服务器和在线分析）。
（4）为dsp提供shell命令行的接入服务。
（5）enea系统级调试工具optima从cpu侧通过linx通路接入dsp，用于dsp上系统的实时监控。
这些功能专门针对soc芯片中dsp核阵列的管理而设计，为基于soc设计的基站等有cpu和大量dsp的复合系统的实现，提供可靠的解决方案。
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图4 系统级调试工具optima图示
综上，enea针对基站开发的基于soc的平台软件解决方案包括，面向cpu的enea linux操作系统和lwrt实时运行环境、针对dsp核的oseck操作系统、soc芯片中dsp核的管理模块以及enea系统级调试工具optima。这些功能满足了新一代基于soc（cpu+dsp）的基站平台软件的需求，为基站的软件架构设计提供了参考。下面介绍一个应用实例：
3．3 应用实例
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图5 基站平台解决方案应用实例
b4860是freescale针对lte中型基站的包含powerpc cpu核和sc3900 dsp核的soc芯片，片内集成的maple2 lte物理层协处理器，可完整的自动处理pdsch和pusch信道流程，最多可支持三个20m的lte小区。在enea针对这个soc芯片的平台软件方案中，cpu侧运行enea linux、enea lwrt环境以及dsp的管理模块、dsp侧运行oseck硬实时操作系统，cpu和dsp之间使用enea的linx基于共享内存池的方式进行通信。通过pc侧的optima工具进行整个系统的监控与调试。
按照一般基站bbu的软件设计，物理层协议栈运行于dsp上，mac及以上协议栈运行于cpu之上，因此对于b4860这样的芯片整体软件架构如下图所示。每两个dsp核为一组，负责一个小区，每个核分别处理上行和下行数据，共六个dsp核因此对应三个lte小区，oseck可提供实时的调度性能以满足物理层对实时性的需要，同时基于共享内存池的linx交互模块提供dsp与dsp，cpu与dsp间的高效无缝通信。cpu核上的mac层及高层协议栈中对性能敏感的部分，运行于enea的lwrt实时环境之上，可对linux之上的应用提供实时的性能的保证，使之符合lte的1ms限制的调度要求。对于实时性要求不高的部分，可直接运行于enea linux之上，例如运维等部分。本套软件方案已应用于此客户的量产型基站产品中。
图6 基站平台解决方案应用实例任务划分
4. 结论：
本文介绍了enea面向soc处理器基站的平台软件解决方案。详细介绍了方案的组成，包括面向cpu核的enea linux操作系统和lwrt实时运行环境或ose硬实时操作系统、针对dsp核的oseck操作系统、dsp核的管理模块、enea系统级调试工具optima以及enea的分布式透明传输模块linx。文章突出了此方案的优点以及应用的实例，为新一代基站的软件架构设计提供了参考。
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R3131A HP8594E R3131A HP8594E
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