multiplexer protocol研究

 

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;

 

在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)。

 

在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Motorola的Multiplexer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

 

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