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作者: 发布时间:2013-03-23 来源: 繁体版
摘 要: 为满足TD-LTE系统对实时性的要求,通过对媒体接入控制(MAC)层和物理层之间的实时性研究以及对操作系统Nucleus PLUS的机制分析,实现了MAC层子帧调度。根据TD-LTE无线综合测试仪中的设计要求,详细介绍了Nucl

摘  要: 为满足TD-LTE系统对实时性的要求,通过对媒体接入控制(MAC)层和物理层之间的实时性研究以及对操作系统Nucleus PLUS的机制分析,实现了MAC层子帧调度。根据TD-LTE无线综合测试仪中的设计要求,详细介绍了Nucleus PLUS任务循环调度以及MAC子帧调度的流程设计。在实现MAC层基本功能的同时满足了TD-LTE对系统实时性、子帧同步与任务资源管理的需求。8cb自动化在线网
关键词: TD-LTE;MAC;实时性;子帧调度8cb自动化在线网

    为了加速TD-LTE(Long Term Evolution)在中国的全面成长和产业链的的形成,2011年我国启动了“新一代宽带无线移动通信网”重大专项。本文介绍了在国家重大专项“TD-LTE无线综合测试仪表开发”的基础上,对TD-LTE网络端 MAC(Medium Access Control)调度的实现。目前关于MAC层的文献有不少,但大都局限于简单的协议研究和设计[1]。在协议栈里所有的数据都需要通过MAC层的调度才能走向空中接口和时间轴上,MAC层是实现实时性和调度机制的枢纽[2],所以设计MAC层子帧调度方案显得尤为重要。8cb自动化在线网
1 Nucleus操作机制8cb自动化在线网
    Nucleus主控程序的操作机制是采用等待检测机制[3],不断循环检测当前执行任务或高级中断的封闭循环,仅当有中断到达、未处理任务设置或复位时才跳出循环。主控程序首先检测当前是否有高优先级中断被激活,如果有,则跳出循环进入高优先级中断处理服务函数;如果没有,则继续检测当前是否有未处理激活任务。如果有未处理激活任务,则转入任务处理模块;如果没有,则返回继续检测。8cb自动化在线网
    TD-LTE系统为每层设置状态机入口函数,函数设计为一个死循环。函数从相应层队列中接收消息,根据当前不同状态进入相应消息处理函数[4];最后将承载消息内存释放,依次循环,直到队列为空时挂起当前任务,跳出循环,返回操作系统。图1为MAC状态机入口函数的处理机制。在队列中所有消息接收完成后,系统将在队列中挂起MAC任务,返回操作系统主控程序[5]。8cb自动化在线网

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2 MAC调度8cb自动化在线网
    根据TD-LTE整体硬件设计,经过实际调试,对于不同大小消息,DSP和FPGA处理消息的总时间为0.8 ms~0.9 ms,ARM处理MAC层消息的总时间为0.4 ms~0.5 ms。从而得出,消息处理的总时间为1.2 ms~1.4 ms。图2为消息在实际调试中的处理时间:示波器通道1高电平为ARM处理消息所消耗时间(为465 μs);通道2高电平为DSP和FPGA处理消息所消耗时间(为882 μs)。总时间为1 347 μs。所以MAC层必须提前2子帧配置消息, MAC调度设计方案[6]才能得到实现。8cb自动化在线网
    在代码实现中,MAC调度器维护一个消息发送标志数组assignment_flag[i][j],其中,0≤i<10,0≤j<1 023。数组的行代表子帧号,列代表帧号。这样,assignment_flag[i][j]总共可表示10 240个子帧时刻。由于每一调度时刻只允许发送一个任务,因此在第j帧的第i子帧有消息发送任务被配置后,assignment_flag[i][j]被置1。每当有新消息被调度发送时,任务调度指针p_assignment_flag将查询assignment_flag[i][j]变量,如果assignment_flag[i][j]不为1,则将消息配置在assignment_flag[i][j]-2的时刻发送至物理层。如图3所示,设在第39帧的子帧9收到RLC层新数据发送任务,p_assignment_flag指针继续向后查询,可得第40帧中第3子帧无发送任务。调度器将assignment_flag[3][40]变量置1,并提前2个子帧,在40帧的子帧1将此消息发送至物理层。8cb自动化在线网

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3 MAC子帧中断服务函数8cb自动化在线网
    子帧中断信号由FPGA提供,每1 ms触发1次中断,MAC层的任务调度将通过子帧中断触发。当每1 ms的子帧中断到达时,子帧中断触发MAC层进入子帧中断服务函数INT_Schedule。下面是子帧中断服务函数INT_Schedule的实现方案。8cb自动化在线网
    (1)同步。进入INT_Schedule函数读取当前帧号和子帧号并保存至本地,以达到本地与硬件计数同步。8cb自动化在线网
    (2)状态选择。在同步之后,根据MAC当前状态进入状态分支。8cb自动化在线网
    (3)任务执行判断。在进入MAC当前状态分支后,调度器将规划的待发送消息的发送帧号和子帧号与当前帧号和子帧号对比,如果相等则转入步骤(4);如果不相等,则跳出状态分支,转入步骤(5)。8cb自动化在线网
    (4)消息发送。进入原语组装函数,组装原语直接发送给物理层。8cb自动化在线网
    (5)跳出子帧中断服务函数。8cb自动化在线网
    此方案的处理方法比较简洁,在消息数据量非常小时具有可执行性。但随着数据量逐渐增大,MAC组装原语的数据搬移时间也随之变长。MAC层处理消息时间为465 μs,从而子帧中断扩展至约0.5 ms,使得ARM芯片一直处于硬件中断中,造成其他低优先级中断无法响应。更加严重的是,如果子帧中断时间大于1 ms,则下一个子帧中断也将无法响应,使得TD-LTE系统无法正常运行,所以该方案缺乏可执行性。为此,对该方案进行以下改进。8cb自动化在线网
3.1 子帧中断处理改进方案18cb自动化在线网
    (1)同步。进入INT_Schedule后,MAC首先读取当前帧号和子帧号并保存至本地使用。


TD-LTE系统中MAC层子帧调度研究与实现
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