基于STM32的SIP协议分析工具研究和实现

王可+徐义晗+齐文杰

摘要：SIP协议是一个应用层的信令控制协议，并被广泛应用于通信核心网中。为了在通信工程施工、调试、维护的现场中对SIP协议进行捕获和分析，该文设计并实现了一种以STM32芯片为核心控制器的协议跟踪分析工具。该工具属于嵌入式系统，体积小，方便携带，可以捕获现场局端设备和媒体网关之间交互的SIP消息，并加以显示和分析。

关键词：SIP ；STM32 ； 嵌入式

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0060-01

1 概述

现代通信核心网络的一个重要特征就是广泛采用SIP协议[1]来做呼叫控制和业务控制。SIP协议作为一种多媒体会话控制协议，用于创建、修改和释放多媒体会话。在通信工程现场中经常需要利用信令跟踪分析工具对SIP协议消息进行捕获分析。目前SIP信令捕获分析主要可以采用以下几种工具：

1） 专业的信令分析仪：这种设备功能繁多，可以支持多种、各层信令协议的分析。缺点是价格昂贵，一般的小企业或者是教学单位难以支持。

2） 电信设备自带的信令协议跟踪系统：能对设备自身支持的各种信息进行跟踪分析，缺点是只有大型设备才具备。

3） 软件抓包工具：通过在电脑上安装软件抓包工具，也可以对SIP协议的数据包进行捕获，缺点是软件抓包工具只能简单显示SIP消息中的各个字段，无法对SIP协议中的对话、事务进行组合分析。

上述几种SIP协议跟踪分析工具都具有各自的优缺点，本文对上述工具的特点进行权衡，设计并开发一种成本低，性能功能满足要求的嵌入式SIP信令协议分析工具[2]。

2 系统硬件结构

系统的硬件部分以意法半导体的STM32F103VF MCU芯片为核心，作为系统的主控。该芯片是一款以32位的ARM Cortex-M3 CPU 为内核的单片机芯片。最高工作频率为72M HZ，可以实现单周期硬件乘法和除法，自带768K字节的FLASH存储，RAM大小为96K，足以满足系统的需求。此外该芯片还带有多通道的ADC和DAC，对于SPI、I2C、USART总线都提供了支持，降低了开发的成本。系统的硬件框图如下图所示：

1） 主控MCU：为整个系统的核心，主要负责SIP信令消息的提取和分析，同时也是外围模块之间交互的桥梁。

2） 电源模块：利用板上的USB接口向系统提供5V电源，5V电源滤波后再由电压转换芯片降为3.3V，供MCU使用。

3） 调试模块：提供串口和JTAG口两种调试方式，负责系统应用程序的下载和调试。

4） 存储模块：提供板上Flash和SD卡两种存储方式，负责将处理后的SIP消息保存下来，供用户查阅。

5） 人机界面：用户可以使用按键、触摸屏向系统发出指令。系统处理的结果将通过触摸屏显示出来。

6） 网络模块：由带网络变压器的以太网接口和以太网芯片（ENC28J60）组成，该模块功能类似网卡，将处理好的以太网帧通过总线发送给MCU。

3 系统软件结构

软件系统考虑到多任务并发执行的需要，没有采用裸机方式而是选择移植UCOSII[3]嵌入式操作系统来进行任务调度。UCOSII是一个可以基于ROM运行的、可裁减的、抢占式、实时多任务内核，具有高度可移植性，特别适合于微处理器和控制器。系统软件结构如下图所示：

1） 嵌入式操作系统：提供任务调度，文件管理，内存管理，定时器等基本功能。

2） 驱动程序：为上层应用提供支撑，根据实际情况移植或编写。其中网络芯片ENC28J60的驱动程序最为重要，驱动程序的质量直接影响系统工作的稳定性和性能。

3） 存储应用程序：实现Flash或SD卡的读写功能。因为UCOSII的内核中没有文件管理，存储管理的功能，本系统采用开源的FATFS文件系统来实现Flash空间的管理和读写。

4） 人机界面应用程序：实现用户命令的输入，SIP消息的显示功能。

5） USB通信程序：实现信令仪和PC之间的通信功能，将文件传输至PC。

6） 协议栈程序：MAC层协议由以太网芯片自带驱动实现，IP和UDP协议通过移植开源的LWIP协议栈实现，SIP协议部分实现SIP消息的分析，并按照会话和事务关系对消息进行组织。

4 结论

本文在对常见SIP协议分析工具的优缺点进行比较和分析的基础上提出一种分析SIP协议的新型嵌入式工具。文中对系统的硬件结构和软件结构进行了详细说明，实践证明该工具体积小，功能性能可以满足需求。

参考文献：

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

[2] 张一龙.基于ARM的分布式信令分析仪的设计[D].武汉：湖北大学，2012

[3] 任哲.嵌入式实时操作系统UCOSII原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.