单Linux电信基站软件解决方案

　　自从1991年Linux第一次面世以来，任何人也不会想到这个不起眼的操作系统现在会应用得如此广泛。无论是从嵌入式领域的智能手机到大型计算服务器都可以找到它的身影，而且无论什么工作它都完成得非常出色，因为Linux的开放性决定了其自身可以根据使用领域而高度定制。作为一个开源软件，当前业界的工业标准可以最快地支持任何刚发布的硬件产品。同时，被世界各地的商业公司和志愿者一起参与开发和测试，它也变成了十分稳定的操作系统之一。

　　Linux的设计原则决定了它的无所不能，但是对于特定领域它并不是最优的解决方案。同样对于嵌入式电信领域来说，为了追求满足电信领域的高实时性和高吞吐量要求，大家一般都采用传统的RTOS+Linux+运行环境。

　　在传统架构中（参见图1），数据面处理采用RTOS+CPU/DSP方式，主要处理底层协议数据业务，通过RTOS的高实时性及多核CPU/DSP来达到性能需求。Linux自身的实时性较差，但是比较适合于高负载的复杂协议处理，因此一般用于完成用户控制平面协议的处理和IP转发等功能。这个方案在性能上可以保证电信产品的使用需求，但系统中存在多个处理器和多个不同操作系统平台，对于用户的维护和后续升级管理带来很大负担，同时也无法满足当前的低成本和低功耗要求。

　　

　　图1：典型的电信基站系统结构图。

　　随着近年来处理器硬件技术的飞速发展，处理器的能力越来越强，多核平台已经广泛地应用在电信领域，尤其是在ARM公司将 Cortex A15引入电信基站领域后，整合单芯片解决方案将成为业界主流。但是软件领域的发展相对滞后，尤其是如何在SoC单芯片硬件环境下保证用户已有成熟业务软件的继承使用，是每一个电信设备制造商关心的问题。

　　最简单的解决方案是如图2将Linux和RTOS按照AMP方式独立运行在多核CPU的不同核上。这种方案可以保证高实时能力，同时可以避免用户应用软件的修改。但是该方案最大的问题是两个操作系统要求在硬件资源使用上独占，需要在使用前静态分配好，系统运行后则无法动态分配，没有办法做到资源共享。同一个硬件环境下同时运行两个独立的系统也带来了运行安全方面的隐患。综上所述，AMP方案前期设计简单，方便于先前成熟软件集成，但是后期维护成本较高，同时造成了硬件资源的浪费。

　　

　　图2:AMP解决方案架构图。

　　Linux KVM是基于Linux内核的虚拟机制，通过KVM可以在其上虚拟出原有RTOS所需要的运行环境（参见图3）。例如我们可以将原有业务软件以及原有的RTOS一同移植到KVM的虚拟环境中，这种方式对业务应用软件不需要任何修改。同时，整个系统硬件资源也由Linux统一分配，相对AMP方案避免了硬件资源的浪费。KVM机制可以做到系统的安全隔离，保证了电信系统的运行安全。但是该方案存在实时性较差（尤其是运行在Linux内核上RTOS的实时性），很难应用于电信协议等时隙要求较高的场合。

　　

　　图3:Linux KVM解决方案。