基于SCA的通信波形DSP設(shè)計方法

馬田香　黃承波

【摘 要】提出了一種基于SCA的DSP軟件設(shè)計方法，在DSP上以組件化的方式設(shè)計和實現(xiàn)通信波形，使得DSP軟件獨立于硬件平臺。以組件化的設(shè)計思想實現(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)范建立了一個與實現(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可提供一種標準、開放的通用軟件平臺，本質(zhì)上是獨立于設(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的靈活性，并確保基于SCA開發(fā)的產(chǎn)品之間能實現(xiàn)互連、互通和互操作[2]。軟件波形在設(shè)計時要考慮通用性、靈活性和可移植性等，由此可基于SCA規(guī)范進行設(shè)計，以此來提高軟件性能。

1 軟件通信體系結(jié)構(gòu)SCA

對于通信系統(tǒng)來說，包括通用硬件平臺、通用軟件平臺、通信波形三個部分。通用硬件平臺基于統(tǒng)一的硬件體系結(jié)構(gòu)，為通信系統(tǒng)提供信號處理能力，主要包括信道模塊和綜合業(yè)務(wù)處理模塊[3]。通用軟件平臺統(tǒng)一管理硬件平臺，為波形應(yīng)用提供運行環(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準統(tǒng)一的組件化設(shè)計方法，利于軟件的重用性和可移植性[4]。

對通信波形的綜合業(yè)務(wù)處理模塊而言，按層級可劃分為物理層、接入層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層四個部分，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

基于SCA進行DSP軟件設(shè)計，可把DSP軟件分為五個部分：硬件驅(qū)動庫、硬件抽象層、波形組件、軟件框架、操作系統(tǒng)。硬件驅(qū)動庫是跟硬件密切相關(guān)的；硬件抽象層基于硬件驅(qū)動庫將硬件平臺的底層傳輸機制進行屏蔽，封裝標準的交互接口，實現(xiàn)訪問接口的一致性；波形組件是對功能模塊的封裝，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。下面對硬件抽象層及波形組件設(shè)計進行詳細介紹。

2.1 DSP硬件抽象層設(shè)計

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分離，可實現(xiàn)波形組件的快速移植。在DSP上，硬件抽象層主要對外部I/O接口進行封裝，為波形組件提供標準的接口函數(shù)。另外DSP硬件抽象層還封裝了數(shù)據(jù)維護和數(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波形組件的實現(xiàn)方法

以組件化方式進行波形開發(fā)，可提高波形的可移植性[6]，提升硬件資源使用效率。波形組件是對通信波形的軟件按功能模塊劃分進行相應(yīng)的封裝，便于與硬件抽象層集成，便于跨平臺移植。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波形組件的實現(xiàn)方法。

接入組件的目的是實現(xiàn)時隙接入控制功能，具體實現(xiàn)時隙計算、時隙分配、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。基于SCA進行通信波形軟件的組件化設(shè)計和實現(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】

[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，劉獻科，張激.基于SCA的無線通信技術(shù)研究[J].計算機工程，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)計與實現(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.

[責任編輯：湯靜]