multiplexer protocol研究笔记
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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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