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基于SCA的通信波形DSP设计方法

2015-09-01马田香黄承波

科技视界 2015年25期
关键词:组件波形

马田香 黄承波

【摘 要】提出了一种基于SCA的DSP软件设计方法,在DSP上以组件化的方式设计和实现通信波形,使得DSP软件独立于硬件平台。以组件化的设计思想实现软件和硬件的分离,利于DSP软件的移植和重用。

【关键词】SCA;DSP;波形;组件

0 引言

软件通信体系结构SCA规范建立了一个与实现无关的框架,是开发软件定义无线电SDR软件的基本要求[1]。

SCA可提供一种标准、开放的通用软件平台,本质上是独立于设备的结构框架,其主要目的是确保通信软件的可移植性和硬件升级的灵活性,并确保基于SCA开发的产品之间能实现互连、互通和互操作[2]。软件波形在设计时要考虑通用性、灵活性和可移植性等,由此可基于SCA规范进行设计,以此来提高软件性能。

1 软件通信体系结构SCA

对于通信系统来说,包括通用硬件平台、通用软件平台、通信波形三个部分。通用硬件平台基于统一的硬件体系结构,为通信系统提供信号处理能力,主要包括信道模块和综合业务处理模块[3]。通用软件平台统一管理硬件平台,为波形应用提供运行环境支持,包括操作系统、中间件、硬件抽象层、核心框架等。通信波形则采用接口标准统一的组件化设计方法,利于软件的重用性和可移植性[4]。

对通信波形的综合业务处理模块而言,按层级可划分为物理层、接入层、链路层和网络层四个部分,一般物理层部署在FPGA和DSP上,接入层部署在DSP上,链路层和网络层部署在GPP上。DSP作为信号处理的核心器件,主要承载物理层的同步捕获、调制/解调、信道编解码、信道估计均衡等,接入层的状态控制等[5]。

2 基于SCA的DSP波形设计

基于SCA进行DSP软件设计,可把DSP软件分为五个部分:硬件驱动库、硬件抽象层、波形组件、软件框架、操作系统。硬件驱动库是跟硬件密切相关的;硬件抽象层基于硬件驱动库将硬件平台的底层传输机制进行屏蔽,封装标准的交互接口,实现访问接口的一致性;波形组件是对功能模块的封装,便于集成、移植;操作系统提供各类线程和信号量支持,与软件框架一起为硬件抽象层和波形组件提供必要的软件环境。下面对硬件抽象层及波形组件设计进行详细介绍。

2.1 DSP硬件抽象层设计

硬件抽象层为波形组件屏蔽硬件相关接口、应用,使波形组件与硬件平台分离,可实现波形组件的快速移植。在DSP上,硬件抽象层主要对外部I/O接口进行封装,为波形组件提供标准的接口函数。另外DSP硬件抽象层还封装了数据维护和数据传输模块。

外部接口模块主要包括内存访问接口、事件接口;数据维护模块包括路由表操作,全局变量使用,数据缓存区操作,数据初始化;数据传输模块包括数据接收、数据转发和控制包响应。

2.2 DSP波形组件的实现方法

以组件化方式进行波形开发,可提高波形的可移植性[6],提升硬件资源使用效率。波形组件是对通信波形的软件按功能模块划分进行相应的封装,便于与硬件抽象层集成,便于跨平台移植。波形组件的划分需按照高内聚低耦合的原则。DSP中需进行物理层部分处理和接入层处理,所以将DSP上的软件划分为基带处理组件和接入组件。下面以接入组件为例讲述DSP波形组件的实现方法。

接入组件的目的是实现时隙接入控制功能,具体实现时隙计算、时隙分配、业务类型接入状态控制等功能。媒体接入组件端口示意如下图所示,其中User一般指基带处理组件、逻辑链路组件和波形管理组件。

其中,MacDataConsumer接口继承自OctetStream接口[7],通过该接口可获得上行和下行数据。MacCtrlConsumer接口继承Control接口,接受波形管理组件的参数控制和状态监控。

3 结语

软件通信体系结构SCA的目的是实现无线通信装备硬件模块化、软件具有可移植性、可重用性和互操作性。基于SCA进行通信波形软件的组件化设计和实现,利于波形软件的重用和移植,可缩短无线通信设备的开发周期,在一定程度上降低开发成本。

【参考文献】

[1]蔡卓,张小琼.SCA 4.0 规范概述[J].通信技术,2013,07(46):126-127.

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

[3]洪锡军,刘献科,张激.基于SCA的无线通信技术研究[J].计算机工程,2005,31(08):120-122.

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

[5]邱永红.无线通信波形描述方法研究[J].电讯技术,2007,47(05):19-23.

[6]范建华,昌遵明.可移植波形软件设计与实现研究[J].现代军事通信,2006(14):17-20.

[7]阎瑾.美军战术互联网体系架构研究[J].通信技术,2011,44(09):105-107.

[责任编辑:汤静]

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