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        基于SCA的通信波形DSP設(shè)計(jì)方法

        2015-09-01 16:03:41馬田香黃承波
        科技視界 2015年25期

        馬田香 黃承波

        【摘 要】提出了一種基于SCA的DSP軟件設(shè)計(jì)方法,在DSP上以組件化的方式設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)通信波形,使得DSP軟件獨(dú)立于硬件平臺(tái)。以組件化的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的分離,利于DSP軟件的移植和重用。

        【關(guān)鍵詞】SCA;DSP;波形;組件

        0 引言

        軟件通信體系結(jié)構(gòu)SCA規(guī)范建立了一個(gè)與實(shí)現(xiàn)無關(guān)的框架,是開發(fā)軟件定義無線電SDR軟件的基本要求[1]。

        SCA可提供一種標(biāo)準(zhǔn)、開放的通用軟件平臺(tái),本質(zhì)上是獨(dú)立于設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架,其主要目的是確保通信軟件的可移植性和硬件升級(jí)的靈活性,并確?;赟CA開發(fā)的產(chǎn)品之間能實(shí)現(xiàn)互連、互通和互操作[2]。軟件波形在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮通用性、靈活性和可移植性等,由此可基于SCA規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),以此來提高軟件性能。

        1 軟件通信體系結(jié)構(gòu)SCA

        對(duì)于通信系統(tǒng)來說,包括通用硬件平臺(tái)、通用軟件平臺(tái)、通信波形三個(gè)部分。通用硬件平臺(tái)基于統(tǒng)一的硬件體系結(jié)構(gòu),為通信系統(tǒng)提供信號(hào)處理能力,主要包括信道模塊和綜合業(yè)務(wù)處理模塊[3]。通用軟件平臺(tái)統(tǒng)一管理硬件平臺(tái),為波形應(yīng)用提供運(yùn)行環(huán)境支持,包括操作系統(tǒng)、中間件、硬件抽象層、核心框架等。通信波形則采用接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的組件化設(shè)計(jì)方法,利于軟件的重用性和可移植性[4]。

        對(duì)通信波形的綜合業(yè)務(wù)處理模塊而言,按層級(jí)可劃分為物理層、接入層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層四個(gè)部分,一般物理層部署在FPGA和DSP上,接入層部署在DSP上,鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層部署在GPP上。DSP作為信號(hào)處理的核心器件,主要承載物理層的同步捕獲、調(diào)制/解調(diào)、信道編解碼、信道估計(jì)均衡等,接入層的狀態(tài)控制等[5]。

        2 基于SCA的DSP波形設(shè)計(jì)

        基于SCA進(jìn)行DSP軟件設(shè)計(jì),可把DSP軟件分為五個(gè)部分:硬件驅(qū)動(dòng)庫(kù)、硬件抽象層、波形組件、軟件框架、操作系統(tǒng)。硬件驅(qū)動(dòng)庫(kù)是跟硬件密切相關(guān)的;硬件抽象層基于硬件驅(qū)動(dòng)庫(kù)將硬件平臺(tái)的底層傳輸機(jī)制進(jìn)行屏蔽,封裝標(biāo)準(zhǔn)的交互接口,實(shí)現(xiàn)訪問接口的一致性;波形組件是對(duì)功能模塊的封裝,便于集成、移植;操作系統(tǒng)提供各類線程和信號(hào)量支持,與軟件框架一起為硬件抽象層和波形組件提供必要的軟件環(huán)境。下面對(duì)硬件抽象層及波形組件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

        2.1 DSP硬件抽象層設(shè)計(jì)

        硬件抽象層為波形組件屏蔽硬件相關(guān)接口、應(yīng)用,使波形組件與硬件平臺(tái)分離,可實(shí)現(xiàn)波形組件的快速移植。在DSP上,硬件抽象層主要對(duì)外部I/O接口進(jìn)行封裝,為波形組件提供標(biāo)準(zhǔn)的接口函數(shù)。另外DSP硬件抽象層還封裝了數(shù)據(jù)維護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸模塊。

        外部接口模塊主要包括內(nèi)存訪問接口、事件接口;數(shù)據(jù)維護(hù)模塊包括路由表操作,全局變量使用,數(shù)據(jù)緩存區(qū)操作,數(shù)據(jù)初始化;數(shù)據(jù)傳輸模塊包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和控制包響應(yīng)。

        2.2 DSP波形組件的實(shí)現(xiàn)方法

        以組件化方式進(jìn)行波形開發(fā),可提高波形的可移植性[6],提升硬件資源使用效率。波形組件是對(duì)通信波形的軟件按功能模塊劃分進(jìn)行相應(yīng)的封裝,便于與硬件抽象層集成,便于跨平臺(tái)移植。波形組件的劃分需按照高內(nèi)聚低耦合的原則。DSP中需進(jìn)行物理層部分處理和接入層處理,所以將DSP上的軟件劃分為基帶處理組件和接入組件。下面以接入組件為例講述DSP波形組件的實(shí)現(xiàn)方法。

        接入組件的目的是實(shí)現(xiàn)時(shí)隙接入控制功能,具體實(shí)現(xiàn)時(shí)隙計(jì)算、時(shí)隙分配、業(yè)務(wù)類型接入狀態(tài)控制等功能。媒體接入組件端口示意如下圖所示,其中User一般指基帶處理組件、邏輯鏈路組件和波形管理組件。

        其中,MacDataConsumer接口繼承自O(shè)ctetStream接口[7],通過該接口可獲得上行和下行數(shù)據(jù)。MacCtrlConsumer接口繼承Control接口,接受波形管理組件的參數(shù)控制和狀態(tài)監(jiān)控。

        3 結(jié)語

        軟件通信體系結(jié)構(gòu)SCA的目的是實(shí)現(xiàn)無線通信裝備硬件模塊化、軟件具有可移植性、可重用性和互操作性?;赟CA進(jìn)行通信波形軟件的組件化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),利于波形軟件的重用和移植,可縮短無線通信設(shè)備的開發(fā)周期,在一定程度上降低開發(fā)成本。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]蔡卓,張小瓊.SCA 4.0 規(guī)范概述[J].通信技術(shù),2013,07(46):126-127.

        [2]Raytheon. Software Communications Architecture Specification(Version 3.0) [Z]. Washington:JTRS Joint Program Office, 2004,08.

        [3]洪錫軍,劉獻(xiàn)科,張激.基于SCA的無線通信技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程,2005,31(08):120-122.

        [4]CHAMBERLAIN M C. A Software Defined HF Radio[J]. Military Communications Conference,2005(04):2448-2453.

        [5]邱永紅.無線通信波形描述方法研究[J].電訊技術(shù),2007,47(05):19-23.

        [6]范建華,昌遵明.可移植波形軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[J].現(xiàn)代軍事通信,2006(14):17-20.

        [7]閻瑾.美軍戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)研究[J].通信技術(shù),2011,44(09):105-107.

        [責(zé)任編輯:湯靜]

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