EDN China > 技术文章 > 通信 > RF 射频微波 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 智能无线电技术(3):软件无线电(SDR)的开发工具

宋腾辉?? 窦峥?? 林云?? 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院?? 中兴通讯技术?? 2014年09月25日 ?? 收藏0
智能无线电技术 -- 第一部分:软件无线电和认知无线电的技术概述及应用;第二部分:详解软件无线电(SDR)架构

3 软件无线电的开发工具

软件无线工作者希望基于一款通用的平台将功能软件化,并可以通过软件升级来完成系统的升级。考虑到软件无线电的软件功能离不开硬件设备,所以关于软件无线电的开发工具,可以分为3 类:

● 底层硬件的程序设计软件。该软件可以用于例如现场可编程逻辑门阵列(FPGA)开发Xilinx ISE 设计套件软件、用于数字信号处理(DSP)开发的TI CCS 软件以及Matlab/Simulink 等。

● 基于特定通用平台的开发软件。这类工具开始具备软件无线电的性质,例如第2 期中提到的基于通用软件无线电外设(USRP)的开源软件定义无线电(GNU Radio)等。

● 基于软件通信体系架构(SCA)的软件无线电(SDR)开发工具。这是最接近软件无线电思想的开发工具,例如开源软件通信体系框架嵌入式解决方案(OSSIE)。

文章主要讨论后两种开发工具以及具有代表性的软件,3.1 节将详细介绍一种第3 类的SCA SDR 开发工具,而3.2 和3.3 介绍了两种第2 类开发工具,希望能给相关工程应用带来一定的指导意义。

3.1 SDR 工具Spectra 与SCA

3.1.1 SCA SDR 的应用前景

随着通信设备一体化和通用化的发展,人们对SDR 软件波形开发提出了要求,例如多种功能波形应用,支持不同平台的移植、模块化等。因此,SCA SDR 的应用优势逐渐凸显,PrismTech 公司的Spectra 工具包括了模型开发工具、自动代码生成、测试框架和操作环境(OE)4 个部分,支持SCA 2.2 和SCA 2.2.2标准的波形组件(也称为波形的逻辑代码的实现)和平台组件的开发。基于SCA 的SDR 将无线通信相关的算法(或设计者的其他算法)封装成波形组件,而各种物理应用平台也被封装成平台组件,直接体现为Spectra CX 软件中的一个组件;可装配多种波形,每个波形应用实现一组特定的功能,在硬件平台具备的基础上,各个波形应用以组件的方式部署到系统的不同节点中。

3.1.2 Spectra CX 波形开发环境

基于Spectra SCA波形的开发环境包括Spectra CX 波形开发工具和针对SDR 硬件平台的Specta OE,包含以下工具:

(1)建模工具。它为SDR 开发人员提供高层抽象、易使用和图形化的建模工具,用于动态地设计波形和平台开发。帮助波形设计人员高效地建立平台独立、可移植的波形模型,并可以映射到不同的平台上。这些工具也能支持可插入地第三方工具,以支持完全的SDR 工具链集成。

(2)源代码生成器。Spectra CX集成了特定语言组件源代码生成器、单元测试生成器等,为波形应用提供了一个完整的开发和测试环境。Spectra 源代码生成器为SDR 组件的针对特定语言代码、描述器和测试代码生成提供了高性能的无错工具。通过将域特定的SDR 模型映射为一系列可执行的、语言特定的文件,这些文件包含了在Spectra OE 上运行的所需要的所有功能。多语言、高效率的自动代码生,从图形化模型生成源代码、描述器和测试代码。与手写代码相比,提高开发效率高达50 倍(几个月的工作缩短到1 天或更少的时间内完成),也使代码具有固有的标准兼容。

(3)测试与验证。提供模型的SCA 兼容性验证,能对对组件或子系统进行SCA 兼容性、功能进行测试,并能提供部署后的实时测试。验证包括应用、平台、部署的验证:模型语法、语义验证;组件、应用、设备和节点的验证;完整SCA 部署的验证等。

(4)Spectra OE。Spectra OE 是一种高性能、低负载SDR 实时运行环境,它支持SCA OE 的要求。它能超过典型的SCA 通用处理器(GPP)边界,为DSP/FPGA 提供一致结构。Spectra OE 是先进和优化的实时运行平台,将应用软件和硬件分离,使应用可以移植,同时也具有最小的可能尺寸、重量和功耗。它为开发人员大幅度减少了实时运行环境的复杂程度,提供了单一的应用程序编程接口(API)。Spectra OE 结合了PrismTech的核心框架(CF)和先进的中间件(e*ORB 与ICO),并根据完全的实时运行结构(CF、中间件和用户传输)从尺寸、重量和性能进行优化。

(5)波形部署监视器。该监视器用于将波形部署到硬件平台上,并能在波形实时运行时,对波形组件参数进行查询、设置等,并能监视系统事件。Spectra CX 的Monitor 可以链接到任何SCA 兼容的操作环境,比如可以运行在装备了PC 兼容的中间件的PC开发主机上。通过这个特点,部署的测试可以在开发周期中大大提前。这个运行时监控器能跟嵌入式目标OE 通信,以便在真实目标上测试。监视器可以通过点击按钮的方式启动或终止多种应用。这样可在SCA平台上加载多种应用,以尽可能的描述域要发生的情况(如组件属性的预设值可以随时修改)。Spectra CX 还能捕获CF 产生的日志,并在SpectraCX 的用户界面中显示出来。

3.1.3 基于Spectra CX 的SDR 开发

SCA SDR 能装配多种波形应用,每个波形应用实现一组特定的功能。在硬件平台具备的基础上,各个波形应用以组件的方式部署到系统的不同节点中。由于不同的波形应用有不同功能和特性,需要分别对每个波形应用依照SCA 规范进行开发。

(1)波形应用开发流程:创建组件— 生成端口— 添加端口属性— 创建应用— 建立组件链接— 创建装配控制器。

(2)节点和平台的开发流程:创建设备— 生成设备接口— 创建设备管理器— 创建域管理器— 创建节点— 将设备管理器、域管理器、设备添加到节点— 创建平台— 将节点添加到平台。

平台是一些节点的集合,由域管理器控制,如图14 所示。设备管理器驻留在其中的一个节点上。节点是计算节点的抽象,是一些设备和服务的集合,由一个设备管理器控制。通过节点可以监视和控制节点的资源状况,实现OE,执行设备管理器以及安装OE&CF; 服务,例如公共对象请求代理体系结构(CORBA)、命名服务、FileSystem、Log、事件服务等。

图14 Spectra SCA SDR 波形开发环境
图14 Spectra SCA SDR 波形开发环境

波形在Spectra SCA 架构上的应用的操作步骤如下:

(1)启动硬件平台,启用节点,启动域管理器、设备管理器等;

(2)打开波形部署监视器,添加部署到监视器中;

(3)安装应用程序,创建应用程序,加载波形应用;

(4)停止应用程序,释放应用程序,卸载波形应用;

(5)可以重复步骤3、4,加载、卸载其他波形应用。

用户按照步骤操作,可以完成基于Spectra SCA 的波形部署。以FPGA器件为例,通过上位机操作软件配置不同功能的波形组件,可以完成底层FPGA 代码功能的加载和重新加载,即完成通信功能的设置或变更,例如由发射改为接收或者发射不同的调制信号;从操作人员主观上来看,我们只是修改了软件指定的功能,就完成了底层硬件的各种应用切换,用户层和底层得到了较好的隔离,这就体现出SDR 的软件性质。我们通过软件升级来实现更多的功能,而不必考虑底层的硬件平台,工程师从硬件开发集中到了软件开发,有力地加速了应用开发;更有意义的是,这些软件波形应用对于SDR 硬件平台具有完美的可移植性,避免了代码的重复开发,节省了时间、人力、财力、物力。

【分页导航】

系列文章

智能无线电技术(1):软件无线电和认知无线电的技术概述及应用

智能无线电技术(2):详解软件无线电(SDR)架构



上一页123下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

软件无线电? 开发工具? 智能无线电技术?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈