王可+徐義晗+齊文杰

摘要：SIP協(xié)議是一個(gè)應(yīng)用層的信令控制協(xié)議，并被廣泛應(yīng)用于通信核心網(wǎng)中。為了在通信工程施工、調(diào)試、維護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)中對(duì)SIP協(xié)議進(jìn)行捕獲和分析，該文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種以STM32芯片為核心控制器的協(xié)議跟蹤分析工具。該工具屬于嵌入式系統(tǒng)，體積小，方便攜帶，可以捕獲現(xiàn)場(chǎng)局端設(shè)備和媒體網(wǎng)關(guān)之間交互的SIP消息，并加以顯示和分析。

關(guān)鍵詞：SIP ；STM32 ； 嵌入式

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）10-0060-01

1 概述

現(xiàn)代通信核心網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特征就是廣泛采用SIP協(xié)議[1]來(lái)做呼叫控制和業(yè)務(wù)控制。SIP協(xié)議作為一種多媒體會(huì)話控制協(xié)議，用于創(chuàng)建、修改和釋放多媒體會(huì)話。在通信工程現(xiàn)場(chǎng)中經(jīng)常需要利用信令跟蹤分析工具對(duì)SIP協(xié)議消息進(jìn)行捕獲分析。目前SIP信令捕獲分析主要可以采用以下幾種工具：

1） 專業(yè)的信令分析儀：這種設(shè)備功能繁多，可以支持多種、各層信令協(xié)議的分析。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，一般的小企業(yè)或者是教學(xué)單位難以支持。

2） 電信設(shè)備自帶的信令協(xié)議跟蹤系統(tǒng)：能對(duì)設(shè)備自身支持的各種信息進(jìn)行跟蹤分析，缺點(diǎn)是只有大型設(shè)備才具備。

3） 軟件抓包工具：通過(guò)在電腦上安裝軟件抓包工具，也可以對(duì)SIP協(xié)議的數(shù)據(jù)包進(jìn)行捕獲，缺點(diǎn)是軟件抓包工具只能簡(jiǎn)單顯示SIP消息中的各個(gè)字段，無(wú)法對(duì)SIP協(xié)議中的對(duì)話、事務(wù)進(jìn)行組合分析。

上述幾種SIP協(xié)議跟蹤分析工具都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本文對(duì)上述工具的特點(diǎn)進(jìn)行權(quán)衡，設(shè)計(jì)并開發(fā)一種成本低，性能功能滿足要求的嵌入式SIP信令協(xié)議分析工具[2]。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件部分以意法半導(dǎo)體的STM32F103VF MCU芯片為核心，作為系統(tǒng)的主控。該芯片是一款以32位的ARM Cortex-M3 CPU 為內(nèi)核的單片機(jī)芯片。最高工作頻率為72M HZ，可以實(shí)現(xiàn)單周期硬件乘法和除法，自帶768K字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)，RAM大小為96K，足以滿足系統(tǒng)的需求。此外該芯片還帶有多通道的ADC和DAC，對(duì)于SPI、I2C、USART總線都提供了支持，降低了開發(fā)的成本。系統(tǒng)的硬件框圖如下圖所示：

1） 主控MCU：為整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)SIP信令消息的提取和分析，同時(shí)也是外圍模塊之間交互的橋梁。

2） 電源模塊：利用板上的USB接口向系統(tǒng)提供5V電源，5V電源濾波后再由電壓轉(zhuǎn)換芯片降為3.3V，供MCU使用。

3） 調(diào)試模塊：提供串口和JTAG口兩種調(diào)試方式，負(fù)責(zé)系統(tǒng)應(yīng)用程序的下載和調(diào)試。

4） 存儲(chǔ)模塊：提供板上Flash和SD卡兩種存儲(chǔ)方式，負(fù)責(zé)將處理后的SIP消息保存下來(lái)，供用戶查閱。

5） 人機(jī)界面：用戶可以使用按鍵、觸摸屏向系統(tǒng)發(fā)出指令。系統(tǒng)處理的結(jié)果將通過(guò)觸摸屏顯示出來(lái)。

6） 網(wǎng)絡(luò)模塊：由帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的以太網(wǎng)接口和以太網(wǎng)芯片（ENC28J60）組成，該模塊功能類似網(wǎng)卡，將處理好的以太網(wǎng)幀通過(guò)總線發(fā)送給MCU。

3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)考慮到多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的需要，沒有采用裸機(jī)方式而是選擇移植UCOSII[3]嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。UCOSII是一個(gè)可以基于ROM運(yùn)行的、可裁減的、搶占式、實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，具有高度可移植性，特別適合于微處理器和控制器。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1） 嵌入式操作系統(tǒng)：提供任務(wù)調(diào)度，文件管理，內(nèi)存管理，定時(shí)器等基本功能。

2） 驅(qū)動(dòng)程序：為上層應(yīng)用提供支撐，根據(jù)實(shí)際情況移植或編寫。其中網(wǎng)絡(luò)芯片ENC28J60的驅(qū)動(dòng)程序最為重要，驅(qū)動(dòng)程序的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和性能。

3） 存儲(chǔ)應(yīng)用程序：實(shí)現(xiàn)Flash或SD卡的讀寫功能。因?yàn)閁COSII的內(nèi)核中沒有文件管理，存儲(chǔ)管理的功能，本系統(tǒng)采用開源的FATFS文件系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)Flash空間的管理和讀寫。

4） 人機(jī)界面應(yīng)用程序：實(shí)現(xiàn)用戶命令的輸入，SIP消息的顯示功能。

5） USB通信程序：實(shí)現(xiàn)信令儀和PC之間的通信功能，將文件傳輸至PC。

6） 協(xié)議棧程序：MAC層協(xié)議由以太網(wǎng)芯片自帶驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，IP和UDP協(xié)議通過(guò)移植開源的LWIP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)，SIP協(xié)議部分實(shí)現(xiàn)SIP消息的分析，并按照會(huì)話和事務(wù)關(guān)系對(duì)消息進(jìn)行組織。

4 結(jié)論

本文在對(duì)常見SIP協(xié)議分析工具的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較和分析的基礎(chǔ)上提出一種分析SIP協(xié)議的新型嵌入式工具。文中對(duì)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)踐證明該工具體積小，功能性能可以滿足需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] Rosenberg J， Schulzrinne H， SIP： Session Initiation Protocol[S]. RFC 3261. （Standards Track）. 2002.

[2] 張一龍.基于ARM的分布式信令分析儀的設(shè)計(jì)[D].武漢：湖北大學(xué)，2012

[3] 任哲.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)UCOSII原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.