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OAI 5G-NR源码架构
1 特性范围
目前gNB和5G-NRUE支持如下的配置：
- 工作模式：
TDD - CP长度：
Normal CP - 子载波间隔：
30kHz - 信道带宽：
40MHz(106PRB)、80MHz(217PRB)、100MHz(237PRB) - 天线端口：单波束
- 时隙格式：
14 OFDM符号 - 编码方式：
LDPC、polar
2 gNB源码解析
2.1 代码框架时序图
gNB源码主框架图如下图所示：
**Main：**主进程，主要功能包括：
1） 命令行参数解析
2） 系统配置文件解析
3） 各子层初始化工作，包括重要数据结构、接口初始化工作
4） 线程初始化，gNB管理线程、包括RRC层处理线程、rx/tx处理线程、传输网接口线程、x2口交互线程
5） 射频phy层及RU单元初始化及配置工作
6） 物理层算法模块数据初始化
7） 用户面数据业务缓存开辟
gNB_app_task：gNB管理线程，主要功能包括：
1） gNB主要数据结构初始化 RCconfig
2） MAC层与PHY层的P5&P7接口初始化，回调函数注册
3） 调用P5接口向RRC发送承载配置命令
4） 处理核心网下发的一些消息
5） 处理各种超时处理消息等
rrc_gnb_task：RRC处理线程，主要功能包括：
1） RRC配置消息处理，如果支持NSA方式，还需要处理MN设备发送的RRC重配置消息。
2） 双连接副站添加相关处理
3） 随机接入消息处理（Msg3，Msg4）
4） 测量相关处理
5） 系统消息处理
sctp_eNB_task：传输网接口线程，主要功能包括：
1） NG口连接建立相关的消息处理
2） 与F1AP 控制面的消息处理（包括CU和DU两部分）
ru_thread：rx/tx处理线程，主要功能包括：
1） RU设备库加载
2） 上行流程处理，包括PHY、MAC、RLC、PDCP
3） 下行流程处理, 包括PHY、MAC、RLC、PDCP
2.2 重要函数及过程
2.2.1 主进程
Main() [nr-softmodem.c]
get_options()
通过解析命令行参数来对系统做配置。
重要的数据结构：RAN_CONTEXT_t， 存储gNb实例、macrlc实例、L1实例，RU实例信息。
netlink_init()init_pdcp()create_gNB_tasks(1)
起来几个主要线程
a.itti_create_task(TASK_GNB_APP, gNB_app_task,NULL)：
1） L1配置信息初始化
2） 完成对phy层、rlc子层、PDCP子层的初始配置工作，若支持noS1模式，还要读取rrc子层的配置信息。
3） 初始化MAC与PHY之间的接口，回调函数注册：
Nr_ul_indication：层2上行接收接口函数，当物理层从空口接收到上行数据，经过物理层过程后将会触发该函数将解码后的数据pdu上送至MAC层
**nr_phy_config_request：**系统参数配置入口处理函数。在SA模式下，系统读取初始化配置文件，然后将其传送给RRC层，RRC层根据配置文件信息形成RRC message（如：SI系统消息），在5G NR NSA模式下，其接收的配置消息基本上就是MIB以及服务小区从X2接口传来的重配置消息。
nr_schedul_response：MAC与PHY的下行接口处理函数。该函数可对MAC层下行pdu进行调度，包括MIB、PRACH消息、rrc消息业务数据pdu以及一些半动态配置消息，并根据调度结果生成DCI。
4）configure_nr_rrc：初始化RRC实体，生成rrc配置消息，包括物理层及射频单元配置。通知RRC处理线程。
b.itti_create_task(TASK_SCTP, sctp_eNB_task,NULL)：
gNB NG-C的接口线程，也可作为F1-C的接口。
c.itti_create_task(TASK_X2AP, x2ap_task,NULL)：
X2接口线程
d.itti_create_task(TASK_RRC_GNB, rrc_gnb_task,NULL)
RRC子层的处理线程，主要应包括系统消息、随机接入的Msg3、Msg4相关处理、一些测量相关消息处理
init_gNB()
注册MAC层与PHY层接口回调函数：Nr_ul_indication、nr_phy_config_request、nr_schedul_response（详细描述见4）。
wait_gNBs()
此处采用了停等的模式。至此，系统参数配置以及生效，phy及mac层以上子层均完成初始配置工作。
init_NR_RU()
1） 射频单元参数初始化。主要参数包括：uhd driver地址、类型、同步时钟源，接收增益，参考信号能量等。
2） 回调函数注册，主要回调有：
ru->fh_south_in：RU与phy的上行接口处理函数
ru->fh_south_out：RU与phy的下行接口处理函数
ru->feptx_ofdm：射频前端处理函数
ru->feprx ：射频前端处理函数
3） init_RU_proc()：空口线程管理，此处起了gNB上下行处理的主线程ru_thread
wait_RUs()
此处采用线程同步方式（pthread_cond_signal(&RC.ru_cond)，RC.ru_mask）。至此，包括射频单元在内的所有模块初始配置工作完成。
init_eNB_afterRU()
1） 初始化物理层算法模块使用的数据表格、配置物理层处理过程的一些关键参数
2） 回调函数注册：gNB_top, gNB上/下行数据处理入口函数。
3） 为ULSCH/DLSCH开辟存储buffer
- 至此，所有RU单元及gNB实体ok，发送同步信号（pthread_cond_broadcast(&sync_cond)）通知所有处理线程可以开始上/下行数据处理。
2.2.2 ru_thread线程
nr_init_frame_parms()
这里计算了空口帧的许多重要参数信息，包括每帧的时隙数、每子帧的时隙数、每个时隙的符号数、每帧的采样点数、每个时隙的点数、接收/发送天线数、频率范围、帧类型、子载波间隔等信息。
fill_rf_config()
根据numerology及PRB配置信息得到系统的信道带宽及采用率等信息上下行频点，天线tx_gain,rx_gain等信息
nr_phy_init_RU()
初始化与phy层的接口buffer
openair0_device_load()
加载RF设备库
线程同步，启动RF设备，开始正常的接收发送
上行处理流程
下行处理流程
2.2.3 rrc_gnb_task线程
RRC子层处理线程
- RRC配置/重配置
接收gNB管理线程的rrc配置消息NRRRC_CONFIGURATION_REQ，调用init_NR_SI,该函数最终会调用P5接口对底层设备进行配置。如下图所示：
- 副站添加
接收X2接口发送的副站添加消息X2AP_ENDC_SGNB_ADDITION_REQ
2.2.4 随机接入过程
- preamble接收
调用函数L1_nr_prach_procedures()在上行PRACH信道上接收preamble，最多能检测到64个preamble。获取preamble序列，找到当前root序列下的preamble循环偏移位置，计算输出检测到的pramble的TA（时间调整值）和能量。
选取能量最大的preamble
gNB->UL_INFO.rach_ind.number_of_pdus = 1, 发起随机接入流程
- 初始化发起随机接入
handle_nr_rach()
调用nr_initiate_ra_proc()
将状态改为 ra->state = Msg2
初始化随机接入过程
- 发送RAR
nr_schedule_RA()
nr_generate_Msg2()生成Msg2，分别处理DCI，PDCCH，PDSCH设置，
赋值tx_req
在发送时隙，调用phy_procedures_gNB_TX()
生成DCI
执行PDCCH、PDSCH过程
将状态改为 ra->state = WAIT_Msg3
- Msg3接收
调用nr_schedule_reception_msg3()存储msg3主要信息（ul_req）：包大小，包地址，当前帧号和时隙。
ifi->NR_Schedule_response[回调函数：nr_schedule_response]
调用函数handle_nfapi_nr_ul_dci_pdu 解出ul dci
调用函数nr_fill_ulsch()根据dci找到ulsch位置
在物理层接收主函数phy_procedures_gNB_uespec_RX 中调用函数nr_ulsch_procedures()
调用函数nr_ulsch_decoding()得到解码后的mac_pdu
rx_ind.number_of_pdus++ ， crc_ind.number_crcs++
mac上行接收主函数中调用nr_rx_sdu()
3 接口
3.1 nFAPI（P5 &P7）
3.1.1 架构
FAPI提供了MAC层与PHY层之间的接口，实现了phy层与mac层的分离，其接口架构如下图所示，其中P5口主要用于传送静态配置信息，P7口主要用来传送数据和半动态配置信息。
3.1.2 过程
如上图所示，MAC层从命令行或配置文件获取系统配置参数，然后将其传送至RRC层，RRC层会通过P5接口触发nr_phy_config_req()对PHY及RU进行配置。在5G NR NSA方式下，RRC子层接收从X2接口来的主校区rrc重配置消息。
对于半动态配置消息以及用户面数据信息的传送，MAC层与PHY层之间使用P7接口，对于上行数据，触发nr_ul_indication()；对于下行数据，触发nr_schedule_response()。
NR_UL_INDICATION
NR_SCHEDULE_RESPONNSE
TX_REQ
携带从MAC层到 PHY 层的 PDU.
RX_IND
携带从PHY层到MAC层的 PDU
