高可靠路由器主板驱动系统设计与实现

摘要

随着3G和LTE业务的发展和部署，数据业务已逐渐成为各运营商网络承载的主体。运营商的传统承载网是以语音业务为主，基于TDM/SDH方式的网络，已经不能满足迅猛增长的带宽需求。以路由器为主构建承载网络的IP RAN技术具有支持流量统计复用，提供端到端的QOS策略服务，提供时钟同步，提供OAM，提升故障定位的精确故障恢复能力等特点，非常适合应用于3G/4G LTE基站的回传网络，因此各个运行商都在进行着IP RAN网络的部署，开发满足IP RAN组网需求的路由器。
　　在路由器开发过程中，驱动软件为操作系统和硬件设备的互操作建了一个桥梁，系统软件通过主板驱动软件来完成对指定硬件的配置和管理。根据具体主板硬件的特性和可靠性需求来设计匹配的主板驱动软件，才能更好的发挥主板器件的性能。相对于接口设备驱动软件、交换芯片驱动软件，主板驱动软件是路由器其他外围设备驱动程序的基础，在路由器开发过程中具有重要意义。
　　本课题以H3C的“IP RAN路由器主板驱动软件开发项目”为背景，结合IP RAN路由器对高可靠性和精确时钟的要求，重新规划了主板CPU小系统。在深入分析SPI总线通信协议的基础上，利用两片SPI Flash保存相互备份的Boot引导程序，在FPGA的逻辑控制下，设计出基于双SPI Flash自动翻转的高可靠路由器启动，并完成主板上各个功能模块驱动软件的设计与实现。
　　本文首先介绍了路由器可靠性实现的国内外发展现状以及路由器主板驱动软件现状分析。其次，在以ARM处理器为核心的主板环境的基础上，进行了路由器主板驱动的需求分析和总体设计。然后，结合影响路由器启动的主要因素分析，进行了主板系统高可靠启动方案的总体设计以及详细设计与实现。最后，根据主板驱动功能模块的划分，完成各个模块的驱动软件的详细设计与实现。
　　最后，在VTP上搭建测试环境，对主板系统高可靠性启动设计和各个驱动模块的软件设计进行测试，并抓取VTP软件测试截图。测试表明，上述驱动软件达到了设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及研究意义

1．1．1 课题的背景

1．1．2 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 基于ARM的路由器现状分析

1．2．2 路由器高可靠性发展现状

1．2．3 驱动软件的现状分析

1．2．4 现有研究工作存在的问题或不足

1．3 课题的主要研究内容

1．4 论文组织结构

第2章 主板驱动软件需求分析及总体设计

2．1 路由器硬件环境

2．1．1 CPU小系统

2．1．2 FPGA系统

2．1．3 DPLL时钟系统

2．2 路由器主板驱动

2．3 路由器主板驱动需求分析

2．3．1 可靠性需求分析

2．3．2 功能需求分析

2．4 路由器主板系统总体设计

2．4．1 主板系统高可靠启动设计方案

2．4．2 路由器主板驱动功能模块设计

2．5 本章小结

第3章 主板系统高可靠性启动详细设计与实现

3．1 双SPI Flash自动翻转软件启动流程

3．1．1 U-Boot软件与FPGA逻辑交互启动流程

3．1．2 FPGA逻辑与U-Boot软件交互启动的注意点

3．2 FPGA内部各模块设计

3．3 核心代码

3．3．1 U-Boot设置系统正常启动完成标志函数

3．3．2 修复正常半区函数

3．4 本章小结

第4章 主板驱动软件详细设计与实现

4．1 中断驱动软件详细设计与实现

4．1．1 主板实现中断处理面临的问题及解决方案设计

4．1．2 中断驱动软件设计与实现

4．2 SMI总线驱动软件详细设计与实现

4．2．1 主板SMI总线实现机制

4．2．2 SMI总线自旋锁机制

4．2．3 SMI总线驱动软件设计与实现

4．3 IIC总线驱动软件详细设计与实现

4．3．1 主板IIC总线实现机制

4．3．2 IIC总线驱动软件设计与实现

4．4 PCIe总线驱动软件详细设计与实现

4．4．1 PCIe体系结构概述

4．4．2 主板PCIe总线实现机制

4．4．3 PCIe总线驱动软件设计与实现

4．5 本章小结

第5章 主板驱动软件测试

5．1 基于双SPI Flash自动翻转高可靠性启动测试

5．1．1 从备份半区启动测试

5．1．2 修复正常半区测试

5．1．3 从修复后的正常半区成功启动测试

5．2 中断驱动模块的测试

5．2．1 中断驱动测试中出现的问题及解决

5．2．2 中断驱动的测试截图

5．3 SMI总线驱动模块的测试

5．3．1 SMI总线驱动测试中出现的问题及解决

5．3．2 SMI总线驱动软件的测试截图

5．4 IIC总线驱动模块的测试

5．4．1 IIC总驱动测试中出现的问题及解决

5．4．2 IIC总线驱动测试截图

5．5 PCIe驱动模块的测试

5．5．1 PCIe驱动测试中出现的问题及解决

5．5．2 PCIe驱动测试截图

5．6 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

1．攻读硕士学位期间参加的科研项目及论文发表情况