multiplexer protocol研究笔记

multiplexer protocol研究笔记

 

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作者联系方式:Li XianJing

更新时间:2006-12-19

 

multiplexer protocol是GSM中比较重要的协议,在GSM 07.10中对该协议做了详细的描述。说它重要是因为它是衔接手机(TE)和模组(MS)之间的纽带,TE和MS通信,一般是通过一个串口进行,问题在于串口只有一个,而通信的数据类型却有很多种。比如AT Command、voice、 fax、 data、 SMS、CBS、 phonebook、电量状态、GPRS和USSD 等等。如果传输时一个一个来,每种类型的数据都以独占的方式传输(比如在使用GPRS上网时,就不能接收/发送短信),虽然技术上可行,但是对用户来说不太友好。

 

multiplexer protocol就是用来解决这个问题的:让不同类型的数据在一个串口上传输,而不至于发生紊乱。想想我们的网卡,通常也只有一个,但可以用它来传输任何数据类型,可以用HTTP协议浏览网页,用FTP协议下载/上传文件,用即时通信协议聊天,这些事情同时进行,而不会发生任何干扰,这一切都是由TCP/IP这一系列的协议来保证的。

 

multiplexer protocol采用的方法是把一个串口模拟成多个串口,对上层应用程序来说,每一个虚拟的串口和普通串口几乎没有差别,只是每个虚拟串口都只能传输特定类型的数据。下面moto的定义:

VOICE_CALL

"/dev/mux0"

SMS_MO

"/dev/mux1"

SMS_MT

"/dev/mux2"

PHONEBOOK

"/dev/mux3"

MISC

"/dev/mux4"

CSD

"/dev/mux5"

GPRS1

"/dev/mux6"

GPRS2

"/dev/mux7"

CSD

"/dev/mux8"

GPRS1

"/dev/mux9"

GPRS2

"/dev/mux10"

LOGGER_CMD

"/dev/mux11"

LOGGER_DATA

"/dev/mux12"

TEST_CMD

"/dev/mux13"

AGPS

"/dev/mux14"

NET_MONITOR

"/dev/mux15"

 

多个虚拟串口上的数据最终要在一个串口上传输,所以需要用一个标识来区分它们,这就是Data Link Connection Identifier (DLCI)。其中DLC0比较特殊,它用于在MS和TE之间传递管理和控制数据包。比如建立其它DLCI、参数协商和退出multiplexer状态等等。

 

multiplexer protocol的协议栈如下:

l         最上层是应用层,应用层协议与具体应用有关,比如传递AT Command、Voice和GPRS数据,不同应用的协议是不一样的。

l         最下层是物理层,即串口协议,描述了诸如起始位,校验方式和速率等等。

l         Multiplexer Layers: 传递字节流数据。

l         Convergence Layers: 传递结构化数据。

 

具体如下图所示:

multiplexer protocol研究笔记_第1张图片 

multiplexer protocol有三种工作模式:基本模式、不带错误恢复的高级模式和带错误恢复的高级模式。

 

multiplexer protocol定义了下面这些类型服务:

l         Start up services 进入multiplexer模式。

l         DLC establishment services 建立DLC连接,每个连接对应一个虚拟串口。

l         Data services 传输数据。

l         Power Control services 电源管理,进入睡眠和唤醒。

l         DLC Release services 断开DLC连接。

l         Close down services退出multiplexer模式。

l         Control Services 控制服务,主要用于设置一些参数,比如超时时间,重传次数和速率等等。

 

基本协议数据单元(PDU)格式如下:

Flag

Address

Control

Length Indicator

Information

FCS

Flag

1 octet

1 octet

1 octet

1or2 octets

Unspecified length but integral number of octets

1 octet

1 octet

前后的flag用来标识帧的起始和结束。

Address主要是DLCI同时还一个c/r用来标识是命令还是命令的回应。

Length是数据的长度。


Information是实际传输的数据。

FCS是校验和,不同类型的帧的FCS计算方法不一样。

control是用来描述数据包类型的。其描述如下

Frame Type

1

2

3

4

5

6

7

8

Notes

SABM (Set Asynchronous Balanced Mode)

1

1

1

1

P/F

1

0

0

 

UA (Unnumbered Acknowledgement)

1

1

0

0

P/F

1

1

0

 

DM (Disconnected Mode)

1

1

1

1

P/F

0

0

0

 

DISC (Disconnect)

1

1

0

0

P/F

0

1

0

 

UIH (Unnumbered Information with Header check)

1

1

1

1

P/F

1

1

1

 

UI (Unnumbered Information)

1

1

0

0

P/F

0

0

0

Optional

 

上述的PDU(short address/short length)在程序中表示如下:

typedef struct{

  __u8 ea:1;

  __u8 cr:1;

  __u8 d:1;

  __u8 server_chn:5;

} __attribute__((packed)) address_field;

 

typedef struct{

  __u8  ea:1;

  __u8  len:7;

} __attribute__((packed)) short_length;

 

typedef struct{

  address_field addr;

  __u8 control;

  short_length length;

} __attribute__((packed)) short_frame_head;

 

typedef struct{

  short_frame_head h;

  __u8 data[0];

} __attribute__((packed)) short_frame;

 

 

linux下虚拟串口,主要是实现一个tty_driver,和其它驱动程序一样,要实现诸如打开、关闭、读、写、控制等函数。下面我们看看数据的发送过程,也就是write函数的实现。

 

函数原型:

static int mux_write(struct tty_struct * tty, int from_user,

           const unsigned char *buf, int count)

 

检查状态:

  dlci = tty2dlci[line];

  if( ts0710->dlci[0].state == FLOW_STOPPED ){

    TS0710_DEBUG("Flow stopped on all channels, returning zero /dev/mux%d/n", line);

    return 0;

  } else if( ts0710->dlci[dlci].state == FLOW_STOPPED ){

    TS0710_DEBUG("Flow stopped, returning zero /dev/mux%d/n", line);

    return 0;

  } else if( ts0710->dlci[dlci].state == CONNECTED ){

 

准备数据包:

    send_info->frame = d_buf;

    queue_uih(send_info, c + 1, ts0710, dlci);

 

发送数据包:

         mux_sched_send

 

static void queue_uih(mux_send_struct *send_info, __u16 len, ts0710_con *ts0710, __u8 dlci)

{

  __u32 size;

 

   长数据包:

  if (len > SHORT_PAYLOAD_SIZE) {

    long_frame *l_pkt;

 

    size = sizeof(long_frame) + len + FCS_SIZE;

    l_pkt = (long_frame *) (send_info->frame - sizeof(long_frame));

    set_uih_hdr((void*)l_pkt, dlci, len, ts0710->initiator);

    l_pkt->data[len] = crc_calc((__u8*) l_pkt, LONG_CRC_CHECK);

    send_info->frame = ( (__u8*)l_pkt ) - 1;

  } else {

   短数据包:

    short_frame *s_pkt;

 

    size = sizeof(short_frame) + len + FCS_SIZE;

    s_pkt = (short_frame *) (send_info->frame - sizeof(short_frame));

    set_uih_hdr((void *)s_pkt, dlci, len, ts0710->initiator);

    s_pkt->data[len] = crc_calc((__u8*) s_pkt, SHORT_CRC_CHECK);

    send_info->frame = ( (__u8*)s_pkt ) - 1;

  }

  send_info->length = size;

}

 

static void set_uih_hdr(short_frame *uih_pkt, __u8 dlci, __u32 len, __u8 cr)

{

  uih_pkt->h.addr.ea = 1;

  uih_pkt->h.addr.cr = cr;

  uih_pkt->h.addr.d = dlci & 0x1;

  uih_pkt->h.addr.server_chn = dlci >> 1;

  uih_pkt->h.control = CLR_PF(UIH); /*奇怪:为什么不是SET_PF?*/

 

  if (len > SHORT_PAYLOAD_SIZE) {

    SET_LONG_LENGTH( ((long_frame*) uih_pkt)->h.length, len );

  } else {

    uih_pkt->h.length.ea = 1;

    uih_pkt->h.length.len = len;

  }

}

 

Multiplexer是一个对称的协议,也就是说协议连接的双方是对等的,谁都可以发起请求,设置控制参数,或者断开连接(不过要注意应用层协议是非对等的)。

 

GSM协议方面我完全是外行,花了两天时间,Multiplexer协议的基本原理差不多清楚了,但仍然有些细节不太明白,以后用的时候再说吧。欢迎大家和我交流。

 

注:

以上引用的代码源于MotorolaMultiplexer实现,版权归Motorola所有。

以上引用的数据源于GSM 07.10 version 7.1.0 Release 1998

 

~~end~~

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