CN1293737C - 在通讯中央处理器上实现多种协议处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在通讯CPU上实现多种协议的方法，该方法至少包括以下的步骤：A.将HDLC链路通道额外参数表中的空闲资源分配给HDLC链路的通道参数表，并在HDLC链路通道参数表中配置一种以上的通讯协议；B.预先设置一额外查询周期；C.在10ms查询周期内处理所有通讯协议的数据接收和含有少量数据包且不要求实现拥塞处理的通讯协议的数据发送，在10ms查询周期和额外查询周期内处理含有大量数据包且要求实现拥塞处理的通讯协议的数据发送。采用这种方法最多支持130条HDLC链路，并且能够在通讯CPU上同时实现多种协议和灵活配置HDLC链路的不同属性。

Description

在通讯中央处理器上实现多种协议处理的方法

技术领域

本发明涉及通讯协议处理技术，特别是一种在通讯中央处理器(CPU)上实现多种协议处理的方法。

背景技术

通讯协议是指通讯双方在通讯过程中必须遵守事先约定的一套规则，例如七号信令(SS7)的Q703协议、基群速率接口(PRI)的Q921协议和综合业务数字网(ISDN)的B信道的点对点协议(PPP)等。通讯CPU的通讯处理部分可以处理各种通讯协议，由于各种通讯协议对于处理速度、容量和延迟有不同的要求，因此在设计技术上也有差别，目前的设计技术分为两类，一类是单纯实现信令，例如实现一条SS7或者几条PRI，另一类是单纯实现60路ISDN B信道或者两条PRI。

现有两类技术的主要差别是在收发数据的处理方法上，处理收发数据的方法主要有两种，一种是中断方式，一种是查询方式。这两种处理方法各有特点，在不同的协议处理时，需要运用不同的方法。

对于第一类单纯实现信令的运用，因为信令处理的是大量的小包，并且在信令链路多的时候，中断过于频繁，会消耗较多的CPU处理能力，所以，在信令处理的时候，通常使用查询方式。查询方式一般采用10ms周期，速度再快或者再慢都有一定的缺点。如果查询周期大于10ms，会引起呼叫接续速度变慢，对于整个产品来说是性能的一大缺憾；如果查询速度小于10ms，则会消耗较多的CPU处理能力。根据常规，每一条信令消息一般都会延迟几个ms后到达，多次的定时器处理，仅仅是空转，所以在采用10ms查询方式时，可以将几个数据包同时接收，然后提交给上层处理，这样既可以减少一部分查询开销，也不影响信令的接续性能。如果采用中断方式的话，在有多条链路的情况下，会有较多的中断处理开销，此时信令链路中大量的小包对于操作***来说，是很费时的。

一般来说，在计算好信令的处理延迟和处理能力后，才进行设计，例如，如果要求信令链路处理指定数量的话路，则根据每个话路的负荷爱尔兰数，计算出信令处理消息的总量，然后，再计算出10ms可以处理多少消息。另外需要指出的是，每个消息的延迟是有一定要求的，太长的延迟会导致呼叫接续慢。

对于第二类ISDN接入方面的应用，因为ISDN上网一般传输的是比较大的数据包，实际运用中一般传输的是传输控制协议(TCP)大包，从几十个到几百个不等，而采用10ms查询时一般传输的是80Byte的数据包，所以使用10ms查询的方式不是一种合适的方法，况且在通道少的情况下，10ms查询的方式可能会引起***的额外消耗比实际需要的要多，另外，10ms查询不可避免的会加入10ms左右的延迟，而且也不能很好地支持其它服务质量(QOS)队列应用，因此对于该运用而言，使用中断方式更为合适，而且引起中断的开销比起10ms定时器的开销来说相对要少一些，处理延迟也少。

目前的这两类技术不能够同时实现多种协议的处理，也不能对高速数据链路控制规程(HDLC)链路的不同属性进行任意配置，并且在含有七号信令(SS7)协议的124条HDLC链路的***中运用时，CPU的内部存储器资源会变得很紧张。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在通讯中央处理器(CPU)上实现多种协议处理的方法，使其能同时处理七号信令(SS7)、基群速率接口(PRI)和综合业务数字网(ISDN)的B信道等多种协议，并且能够灵活配置HDLC链路的不同属性。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种在通讯CPU上实现多种协议处理的方法，该方法至少包括以下的步骤：

A、将HDLC链路通道额外参数表中的空闲资源分配给HDLC链路的通道参数表，并在HDLC链路通道参数表中配置一种以上的通讯协议；

B、预先设置一额外查询周期；

C、在10ms查询周期内处理所有通讯协议的数据接收和含有少量数据包且不要求实现拥塞处理的通讯协议的数据发送，在10ms查询周期和额外查询周期内处理含有大量数据包且要求实现拥塞处理的通讯协议的数据发送。

其中，步骤A所述的HDLC链路的通道额外参数表和通道参数表存放于CPU内部的存储器中；步骤A所述的通讯协议为SS7信道协议、或PRI信道协议、或ISDN B信道协议，或其组合，SS7信道的通道参数表固定设置于HDLC通道参数表区域内的指定位置，这个指定位置位于CPU中16K DPRAM的0X2000地址处，PRI和ISDN B信道的通道参数表设置于HDLC通道参数表区域内的任意位置；步骤C中所述的含有少量数据包且不要求实现拥塞处理的通讯协议为SS7信道协议、或PRI信道协议、或其组合，所述的含有大量数据包且要求实现拥塞处理的通讯协议为ISDN B信道协议。

在处理ISDN B信道协议的数据发送时，额外查询周期设置为30ms。

所述的本发明技术方案，进一步包括：步骤C在处理含有大量数据包且要求实现拥塞处理的通讯协议的数据发送时，在10ms查询周期内处理物理层缓冲区中的发送数据，在额外查询周期内处理拥塞队列中的发送数据。

其中处理物理层缓冲区中的发送数据进一步包括：

C11、释放物理层发送缓冲区；

C12、判断是否符合物理层发送条件，如符合，则调用物理层发送函数进行数据发送，否则进行拥塞处理。

步骤C12中所述的拥塞处理包括以下的几个步骤：

C121、当拥塞队列为空时，重新判断是否符合物理层发送条件，若不符合，则先将报文放入拥塞队列后再返回拥塞信息，否则，调用物理层发送函数发送报文后返回成功状态值；

C122、当拥塞队列不为空时，判断拥塞队列是否满，若满，则释放报文后返回丢弃信息，否则将报文放入拥塞队列后返回拥塞信息。

所述的本发明技术方案，进一步包括：处理拥塞队列中的发送数据进一步包括：

C21、释放物理层发送缓冲区；

C22、进行拥塞处理。

在步骤C22中，首先判断拥塞队列是否为空，当拥塞队列为空时，返回成功状态值；当拥塞队列不为空时，从拥塞队列里取第一个包，其后判断是否符合物理层发送条件，若符合，则调用服务质量传输函数发送报文，否则，将数据重新放入拥塞队列头。

由于本发明技术方案通过合理分配HDLC链路的通道资源，采用10ms查询、直接调用物理层发送函数以及10ms查询加上额外查询的方式处理通讯协议的数据收发，使得通讯CPU能够同时实现SS7的Q703协议、PRI的Q921协议和ISDN B信道的PPP协议等多种协议的处理，提高了CPU芯片的利用效率，增大了CPU的协议容纳量。由于本发明对CPU的内存空间进行了重新合理的分配，利用通道额外参数表的空闲区域，存放HDLC链路的通道参数表，实现了资源的充分利用，并且能够对HDLC链路的不同属性进行灵活配置。

附图说明

图1为本发明CPU中DPRAM的存储空间分配原理示意图。

图2为本发明中SS7、PRI和ISDN B信道的数据接收部分在10ms查询周期内的处理流程图。

图3为本发明中ISDN B信道的数据发送部分在10ms查询周期内的处理流程图。

图4为本发明中ISDN B信道的数据发送部分在30ms额外查询周期内的处理流程图。

具体实施方式

本发明技术方案可以支持高达130个HDLC链路，能够满足***要求的124个HDLC链路，其中包括16个SS7、8个PRI以及多个ISDN B信道。

本实施例中使用的CPU有容量为16K的双端口随机存储器(DPRAM)，该DPRAM中可以放置各种参数表，其中包括HDLC链路的通道参数表(Channel-Specific HDLC Parameters)、HDLC链路的通道额外参数表(Channel ExtraParameters)以及ATM的各种参数表等。HDLC链路的通道参数表用来配置HDLC链路的各种特性以及显示CPU处理HDLC链路时的状态，HDLC链路的通道额外参数表用来配置HDLC链路在内存中的缓冲区地址和起始缓冲区的指针地址。HDLC链路可以配置的属性包括：字节顺序、采用何种直接存储器访问(DMA)方式、是否使用比特反转、最大帧长度、循环冗余校验(CRC)类型、线路空闲时发送何种帧等。

HDLC链路的通道参数表的位置是固定的，每一个HDLC链路的通道参数表占据64字节，如果是256路将占用：256×64字节＝16K字节，这将把CPU所有的16K DPRAM的资源全部占满。但是在实际应用中，CPU的DPRAM资源被支持SS7功能的微码占用了一部分，约4K字节大小，又被ATM驱动资源占用大约1K字节。另外，因为支持SS7功能的每条HDLC链路的通道参数表要占用128字节的存储资源，所以，如果被支持SS7功能的微码和ATM驱动资源占用了一部分存储资源的DPRAM，再存储包括SS7在内的HDLC链路的通道参数表和通道额外参数表，那么剩下的DPRAM资源部分按照常规方式已不能满足支持124条HDLC链路的***要求，因此必须合理分配资源以满足***实现124条HDLC链路的要求。

由于DPRAM的第一个64字节对应第一个HDLC链路的通道参数表，第二个64字节对应第二个HDLC链路的通道参数表，并以此类推。因此，在支持SS7功能的微码和ATM驱动资源占用了一部分DPRAM的资源后，HDLC链路的前面几十路就没有被使用，这样在HDLC链路的通道额外参数表的相应位置就会出现空闲区域，将其重新利用上，作为HDLC链路的通道参数表，就能够增加存储几条链路的属性。本实施例就是将这些未使用的资源用于存储HDLC链路的通道参数表，可支持包括16条SS7链路在内的130条HDLC链路，完全满足124条HDLC链路的***要求。需要指明的是：作为普通HDLC链路，每个HDLC链路的通道参数表占用64字节，而支持SS7功能的HDLC链路的通道参数表则占用128字节，所以为了实现HDLC通道属性的动态配置，而且不影响其他通道，要将支持SS7功能的HDLC链路的通道参数表固定放置在从第128个通道参数表位置开始的地方。

参见图1，其为本发明CPU中DPRAM的存储空间分配原理示意图。A区为0x0到0xfff的内存区域，分配给支持七号信令功能的微码；B区为0x1000到0x163f的内存区域，分配给异步转移模式的驱动资源；C1区为0x1640到0x1abf的内存区域，即额外参数表中的空闲区域，分配给通道号从89到106的HDLC链路的通道参数表，存储18条HDLC链路的属性；C2区为0x1ac0到0x1fff的内存区域，分配给通道号从88到255的HDLC链路的额外参数表；D区为0x2000到0x27ff的内存区域，分配给通道号从128到159的HDLC链路的通道参数表，存储16条HDLC链路的属性；E区为0x2800到0x3fff的内存区域，分配给通道号从160到255的HDLC链路的通道参数表，存储96条HDLC链路的属性。其中SS7只能在通道号为128-159的区域里进行配置，而PRI和B信道没有任何限制，可以在C1、D、E区域里任意配置，但是在D区域里进行配置的时候，还是占用与SS7一样大小的区域，即128字节。

在C1区中，目前89通道、102-103通道、104-106通道保留，不在本***里使用，90-101通道可以配置为PRI或者B信道。

在HDLC链路中配置完SS7、PRI和ISDN B信道后，进行SS7、PRI和ISDN B信道的收发数据处理。首先，从协议上来区别SS7、PRI和ISDN B信道。SS7的第二层协议是Q703，PRI的第二层协议是Q921，ISDN B信道上存在的是点对点协议(PPP)，这三种协议的特点不同，尤其是Q703和PPP的业务流量差别比较大。SS7始终处于收发数据状态，其数据包一般是20-30字节，这可以通过其处理话路能力计算出，***要求SS7能够在10ms里处理2-3个数据包，处理方式使用查询方式。ISDN B信道一般是因特网(Internet)业务，其上面跑的数据包一般是几十到几百字节，它所支持的PPP协议发送的数据包有两种：自己的协商和链路维护包、IP包，发送方式由网络层以及应用层决定，所以具有猝发性、大量性的特点，因此处理方式适合采用中断方式。而PRI处理的数据包一般也是20-30字节的小包，其由协议类型、业务特点和物理链路带宽等因素决定了Q921协议的发包频率比Q703协议的发包频率慢很多，但比PPP协议的发包频率快，所以PRI的数据报处理数量介于ISDN B信道和SS7二者之间，其数据报处理数量比SS7要少得多，但比ISDN B信道的数据报处理数量大。

综合上述三种协议的不同特点，在本发明中采用10ms查询方式处理SS7、PRI和ISDN B信道的数据接收，采用直接调用物理层的发送函数处理SS7和PRI的数据发送，采用10ms固定查询周期加一个额外查询周期的方式处理ISDN B信道的数据发送。从链路传输延迟性能以及效率来看，本实施例设置额外查询的周期为30ms，其原因在于：因为物理层的带宽为8K字节，发送一个64字节的最小包所需时间为8ms，在30ms时间里，有大约4个64字节的数据包被发送出去，而30ms加上8ms是每一个64字节的数据包的最大延迟，所以30ms额外查询满足***对于延迟的需求。在***中，10ms查询和30ms额外查询是通过在通讯CPU中启动10ms和30ms两个周期定时器来实现的。

图2为本发明中SS7、PRI和ISDN B信道的数据接收部分在10ms查询周期内接收数据处理的流程图。如图2所示，首先进入流程201设置初始通道号，接着进入流程202判断当前的通道号是否小于***规定的最大通道号，若大于，则进入流程215退出循环，否则进入流程203判断当前通道是否为SS7、PRI或者B信道，若不是，则进入流程204将当前的通道号加1后返回流程202，否则先进入流程205取当前接收缓冲区的值再进入流程206将当前的查询次数清零。其后，进入流程207判断接收数据缓冲区内是否有数据，若没有，则进入流程214保存当前缓冲区的指针位置，将当前通道号加1后返回流程202，否则进入流程208判断当前查询次数是否大于通道限定的最大查询次数，若大于，则进入流程214保存当前缓冲区的指针位置，将当前通道号加1后返回流程202，否则进入流程209将当前的查询次数加1，接着进入流程210判断接收数据是否有错误，若有，则进入流程212进行错误处理，否则进入流程211递交链路层处理。经过流程211或212处理后，进入流程213进行接收完毕的缓冲区的处理工作，其后返回流程207。

当网络负载过重时，在路由器中通向某一目的地的发送数据队列会过长，甚至溢出，从而构成网络拥塞并造成分组丢失。为了保证服务质量(QOS)和实现底层拥塞处理，通常采用中断方式处理ISDN B信道的数据发送。在中断方式下，仅仅通过发送完毕时中断触发发送数据部分，就能够从发送QOS队列里取缓冲数据，但在有大量小数据包的情况下，由于物理层发送缓冲区不能太大，就会出现包丢失的情况，对于业务应用来说，就表现为性能的的下降。因此，本发明对于实现QOS方式和底层拥塞处理采用查询方式，增加新的定时器，并通过上层重新激励方式从第二层直接调用物理层的发送函数，以获取QOS队列里的数据。本实施例是在10ms查询基础上，又增加了30ms额外查询，用于处理ISDN B信道的数据发送，这样对于***处理能力没有显著增加，而且又满足了小数据包的业务需求。对于所有的ISDN B信道，在10ms查询周期内通过调用服务质量传输函数(QosTransmit)发送缓冲区中的数据，在30ms额外查询周期内再重新调用一次服务质量传输函数来发送拥塞队列中的数据。QosTransmit函数在没有30ms查询发送的时候，是靠上层调用，属于上层发送激励，通过30ms定时查询发送，可以提高发送频度，对于存在大量小包的情况下，可以减少队列拥塞而导致的丢包，从而提高数据收发性能。

参见图3，其为本发明中ISDN B信道的数据发送部分在10ms查询周期内的处理流程图，在本实施例中，就是通过调用服务质量传输函数(QosTransmit)来发送物理层缓冲区中的报文。如图3所示，首先进入流程301释放物理层发送缓冲区，接着进入流程302判断是否符合物理层发送条件，若符合，则进入流程303调用物理层发送函数进行发送，否则进入流程304判断拥塞队列是否为空：当拥塞队列为空时，进入流程306判断是否符合物理层发送条件，此处再一次判断物理层的发送条件是因为经过了一段时间后，物理层状态可能会发生变化，需要重新确认物理层的发送条件。若不符合发送条件，则先进入流程313将报文放入拥塞队列后再进入流程314返回拥塞信息，否则先进入流程311调用物理层发送函数发送报文后再进入流程312返回成功状态值；当拥塞队列不为空时，进入流程305判断拥塞队列是否满，若满，则先进入流程307释放报文后再进入流程308返回丢弃信息，否则先进入流程309将报文放入拥塞队列后再进入流程310返回拥塞信息。

参见图4，其为本发明中ISDN B信道的数据发送部分在30ms额外查询周期内的处理流程图，在本实施例中，就是通过调用30ms额外传输函数来发送拥塞队列中的报文。如图4所示，***首先进入流程401释放物理层发送缓冲区，接着进入流程402判断拥塞队列是否为空，如为空，则进入流程403返回成功状态值，否则进入流程404从拥塞队列里取第一个包，其后进入流程405判断是否符合物理层发送条件，若符合，则先进入流程406调用服务质量传输函数发送报文后再进入流程407返回成功状态值，否则，先进入流程408将数据重新放入拥塞队列头后再进入流程409返回拥塞信息。

可见，本发明技术方案将HDLC链路的通道额外参数表中空闲的资源作为HDLC链路的通道参数表，在HDLC链路的通道参数表中配置一种以上的通讯协议，并且采用10ms查询方式处理SS7、PRI和ISDN B信道的数据接收，采用直接调用底层的发送函数处理SS7和PRI的数据发送，采用10ms查询加上一个30ms额外查询的方式处理ISDN B信道的数据发送，在CPU中同时实现了对多种协议的处理，提高了CPU芯片的利用效率，增大了CPU的协议容量，实现资源的充分利用，并且，本发明的方法还能够对HDLC链路的不同属性进行灵活配置。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1、一种在通讯中央处理器上实现多种协议处理的方法，其特征在于该方法至少包括以下的步骤：

A、将高速数据链路控制规程链路通道额外参数表中的空闲资源分配给高速数据链路控制规程链路的通道参数表，并在高速数据链路控制规程链路通道参数表中配置一种以上的通讯协议；

B、预先设置一额外查询周期；

C、在10ms查询周期内处理所有通讯协议的数据接收和含有小数据包且不要求实现拥塞处理的通讯协议的数据发送，在10ms查询周期和额外查询周期内处理含有大数据包且要求实现拥塞处理的通讯协议的数据发送；

其中，所述数据包大小根据带宽和传输速率确定。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤A所述的高速数据链路控制规程链路的通道额外参数表和通道参数表存放于中央处理器内部的存储器中。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤A所述的通讯协议为七号信令信道协议，或基群速率接口信道协议，或综合业务数字网信道协议，或七号信令信道协议、基群速率接口信道协议和综合业务数字网信道协议中任意两者或全部的组合。

4、根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：七号信令信道的通道参数表固定设置于高速数据链路控制规程通道参数表区域内的指定位置，基群速率接口和综合业务数字网信道的通道参数表设置于高速数据链路控制规程通道参数表区域内的任意位置。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：七号信令信道通道参数表的起始位置设置于中央处理器中16K双端口随机存储器的0X2000地址处。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤C中所述的含有小数据包且不要求实现拥塞处理的通讯协议为：七号信令信道协议、或基群速率接口信道协议、或七号信令信道协议和基群速率接口信道协议的组合；所述的含有大数据包且要求实现拥塞处理的通讯协议为综合业务数字网信道协议。

7、根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：处理综合业务数字网信道协议的数据发送时，额外查询周期设置为30ms。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤C在处理含有大数据包且要求实现拥塞处理的通讯协议的数据发送时，在10ms查询周期内处理物理层缓冲区中的发送数据，在额外查询周期内处理拥塞队列中的发送数据。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于处理物理层缓冲区中的发送数据进一步包括：

C11、释放物理层发送缓冲区；

C12、判断是否符合物理层发送条件，如符合，则调用物理层发送函数进行数据发送，否则进行拥塞处理。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤C12中所述的拥塞处理包括以下的几个步骤：

C121、当拥塞队列为空时，重新判断是否符合物理层发送条件，若不符合，则先将报文放入拥塞队列后再返回拥塞信息，否则，调用物理层发送函数发送报文后返回成功状态值；

C122、当拥塞队列不为空时，判断拥塞队列是否满，若满，则释放报文后返回丢弃信息，否则将报文放入拥塞队列后返回拥塞信息。

11、根据权利要求8所述的方法，其特征在于处理拥塞队列中的发送数据进一步包括：

C21、释放物理层发送缓冲区；

C22、进行拥塞处理。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于：在步骤C22中，首先判断拥塞队列是否为空，当拥塞队列为空时，返回成功状态值；当拥塞队列不为空时，从拥塞队列里取第一个包，其后判断是否符合物理层发送条件，若符合，则调用服务质量传输函数发送报文，否则，将数据重新放入拥塞队列头。

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