軟件通信架構解析

李秀朋李少輝

（1中國電子科技集團公司第五十四研究所河北石家莊050081）

（2中國移動通信集團河北有限公司石家莊分公司河北石家莊050000）

1 引言

軟件通信架構是一個開放的通信架構規范，它告知通信系統設計者在符合SCA規范的系統中，軟件和硬件如何操作來達到協調一致；SCA允許通信平臺（如軟件定義無線電）加載應用（如波形），運行這些應用并且組網成一個整體系統；SCA被通信平臺（如電臺等）使用時，硬件和軟件設計人員就如同建筑師或策劃者使用一種當地的建筑規范來設計和建造房屋[1]。

SCA并不只是一個開放和被商業接受的標準，它還使用了許多開放的商用標準并以此為基礎。通過遵循SCA定義文件中詳述的標準，硬件和軟件設計者知道設計什么設備和程序，但SCA并沒有告知硬件和軟件設計者怎樣來設計他們的設備和程序。當設計符合SCA規范時，符合SCA的網絡系統（如符合JTRS的電臺或其他通信系統等）將能夠滿足符合SCA規范標準的互操作性，就如按照當地規則設計的水電系統能夠滿足當地的建筑和安全規范[2]。

2 SCA結構

SCA主要由2部分組成，應用層和基礎設施層，基礎設施層由紅方和黑方組成。紅方指戰術無線通信系統中處理未加密的需保密信息的功能模塊和總線，黑方指戰術無線通信系統中處理不保密信息或已加密的保密信息的功能模塊和總線。

軟件通信體系結構采用了與以往無線通信裝備不同的體系架構，它不是簡單的依據數據流處理過程將系統中的各類軟件組合在一起，而是在系統內部建立了一個通用的軟件平臺，由該平臺負責完成對系統內各類硬件的管理，與通信過程相關的算法實現則由軟件平臺之上的應用軟件完成。軟件平臺包括操作系統、分布式處理中間件和核心框架，其中操作系統和分布式處理中間件為成熟的商業軟件，核心框架需要依據本標準的定義開發。應用軟件包括完成波形功能的各類組件，應用軟件的開發可以由不同的廠家完成，波形組件通過裝配組合，承擔特定的波形功能[3]。

2.1 板級支持包（總線層）

軟件體系結構要能適用于大多數工業總線體系結構，支持可靠的傳送機制，包括總線的錯誤檢測和糾錯。板支持包作為軟件通信結構中的總線驅動層，其位置介于主板硬件和操作系統之間，可以認為是屬于操作系統的一部分，其主要功能是支持操作系統，使之能夠更好的運行于硬件主板之上。BSP是相對于操作系統而言的，不同的操作系統對應于不同定義的BSP，在總線支持級的BSP應當執行相應的檢糾錯機制[4]，如圖1所示。

圖1 基礎設施-總線層

2.2 網絡協議棧與串行接口服務

軟件架構依賴商業組件來支持多種專用的串行和網絡接口（例如，RS-232、RS-422、RS-423、RS-485、以太網和 802.x等）。為了支持這些接口，可以使用多種低等級的網絡協議。（例如，PPP、SLIP、LAPx和其他。）波形聯網功能的原理也可以存在于操作系統層。（例如，完成波形之間路由的商業IP協議棧。）

2.3 操作系統層

由于無線通信裝備在應用上的特殊性，操作系統應為嵌入式實時操作系統（如VxWorks），主要提供本地系統引導、硬件設備驅動、內存管理、進程管理和任務實時調度等功能，為上層軟件提供多線程支持。操作系統可以根據支持具體任務/板的環境進行調整。例如：

①因為特殊的處理器板原理，板級支持包（BSP）能夠調整實時操作系統，包括電路板上支持專用設備/芯片的設備驅動；

②ORB需要支持必要交互處理器通信的設備驅動；

圖2 基礎設施-操作系統層

2.4 中間件（CORBA）

為了解決裝備內部多處理器情況下的通信問題，降低上層應用軟件對底層具體通信機制的依賴性，在軟件平臺中使用分布式處理中間件屏蔽底層差異，為上層軟件提供統一的開發模式，提高軟件的可移植性。目前國內外均有成熟的CORBA商業軟件可用，考慮到無線通信裝備在計算資源上受限的情況，所選用的CORBA中間件應該符合minimumCORBA規范，并提供命名服務、事件服務和日志服務[6]，中間件設施如圖3所示。

圖3 基礎設施-中間件

2.5 核心框架

核心框架是軟件平臺中最為核心的部分，通過核心框架定義的各類接口，為系統內部軟和硬件管理提供了手段，是系統根據用戶需求提供不同的通信功能的重要基礎。

核心框架由基本應用接口、框架控制接口、框架服務接口和域配置文件構成。基本應用接口中的"資源"接口是所有的波形組件必須繼承和實現的接口，波形組件只有實現這些接口，才能在系統中被正確地控制和使用；核心框架服務接口通常由平臺開發者完成，通過在系統內部建立聯合文件系統，用戶可以像使用本地文件系統一樣對電臺中的文件進行操作，而不必關心其具體物理位置；域配置文件采用XML語言對硬件和軟件進行描述和說明，系統中的所有波形組件和設備在提交驗收時，都必須提供配置文件描述其功能、屬性信息和依賴性關系等，核心框架如圖4所示。

圖4 基礎設施-核心框架

3 結束語

本文詳細分析了SCA軟件架構及其各部分的功能和特點。SCA可以最大化利用一些現成的商用協議、軟件和產品，通過分層的和開放的商用基礎軟件將核心應用和非核心應用與底層硬件分離開；通過CORBA中間件技術提供分布式的處理環境，以提高波形應用軟件的可移植性、可重用性和可擴展性。基于SCA設計的電臺，不僅能夠提高其硬件平臺的通用化水平，增加硬件設計的可重用性，同時增強了軟件設計的系統化水平，因此SCA為電臺的發展指明了方向。

[1]Joint Tactical Radio System.Software Communication Architecture(SCA)[P].USA:MSRC-5000SCA,2001.

[2]PLACEJ,KERR D,SCHAEFER D.Joint Tactical Radio System[C].IEEEMilitary Communications Conference,2000(19):209-213.

[3]周麗麗.SCA中間件技術淺析[J].計算機與網絡，2011,37(10)51-53.

[4]王慶生.基于SCA規范的軟件無線電系統設計[J].現代導航,2012(1):56-60.

[5]孫佩剛,趙 海張文波.基于軟件通信體系結構的波形實現及其研究[J].計算機工程,2006,32(17):170-172.

[6]陸志彬.基于軟件通信體系結構的波形應用研究與實現[D].四川:電子科技大學,2008.