CN103294635B - 基于SCA的Modem组件处理核及集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信调制解调相关技术领域，特别是涉及基于SCA的Modem组件处理核及集成电路。包括：用于提供无线通信调制解调功能的无线通信调制解调模块，所述无线通信调制解调模块包括多个信号处理单元，每个信号处理单元根据设置在无线通信调制解调模块的相应的控制寄存器中的设置信息，确定每个信号处理单元的运行状况，所述运行状况包括：运行参数或者旁通，所述操作系统消息包括控制流消息和数据流消息，所述控制流消息用于配置所述控制寄存器的设置信息。上述具有无线通信调制解调功能的集成电流及芯片，使得用户无需更换芯片即可适应不同的制式，具有非常好的灵活性。

Description

基于SCA的Modem组件处理核及集成电路

技术领域

本发明涉及无线通信调制解调相关技术领域，特别是涉及基于SCA的Modem组件处理核及集成电路。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，从GSM、TD-SCDMA、WCDMA到下一代4G移动通信等系统，新的无线通信网络不断出现。现有的通信终端设备只能通过增加处理模块，才能在不同网络中使用，这种多模应用对各种通信系统的兼容、升级、自适应等非常困难，在重量、体积、功耗等方面不能适应新的要求。同时，这些因素严重影响了移动通信网络基础设施的效能发挥。而理想的终端设备具备应具备如下特点：

(1)具有高度开放性和灵活性的移动通信系统将更多的依靠模块组件的能力适应不同的通信网络；

(2)应用支持“即插即用”式的个人通信；

(3)支持多频、多模，实现跨不同体制移动通信网络的互连互通；

(4)运用快速发展的软件无线电技术成果，设计灵活、开放式的体系结构，支持手持设备的演进与平滑升级。

近年来，软件无线电标准的发展使装备从数字化逐步进入软件化，软件通信架构(SCA)为解决多模手持终端设备的研制提供了有效的参考规范，美军的联合战术无线电系统(JTRS)就采用了SCA标准。因此，借鉴SCA标准，研究适合接入不同网络的软件化多模通信终端，对终端设备的功能扩展、延长使用时间、降低研制、使用及维护成本具有相当大地意义。

SCA规范(软件通信体系结构规范)全面定义了JTRS设备软、硬件体系架构及波形API，实现了嵌入分布式通信系统中软件组件配置、管理、互联互通的标准化。1999-2011年期间，JTRS先后发布了SCA1.0版、1.1版、2.0版、2.1版、2.2版、2.2.1版、2.2.2版和4.0版。SCA使用了CORBA作为分布式处理环境的消息传递技术，尽管CORBA作为中间件技术在通用处理器(GPP)上已经被广泛使用，但是许多专用硬件处理器都不能对CORBA提供有效的支持。然而，在手持通信终端的设计中，为了实现高速的数字信号处理，必然会使用到专用硬件处理器。为了实现与CORBA对象之间的通信，SCA规范中提出了硬件抽象层的概念。硬件抽象层的目标是标准化组件与其外部环境的通信，它定义了使DSP、FPGA等专用硬件处理器集成到SCA中的方法，这样便可以像GPP上的CORBA组件一样来对待专用硬件处理器上的组件。在传统的通信系统中，波形组件间的通信严重依赖于底层硬件设备，波形组件的可移植性、可重用性和可扩展性都很低。而且，随着硬件平台中具有高速处理能力的DSP和具有良好可重构性的FPGA的引入，软件平台的复杂性也随之增加，也严重影响系统的可维护性。为在包含特定硬件处理单元的硬件平台上，实现不同计算单元上组件间管理的统一性和通信的标准化，为不同计算单元上波形软件和平台软件之间的组件级通信提供标准的协议和接口，最大限度提高波形应用在不同的硬件平台上的可移植性和重用性，提出了modem硬件抽象层(MHAL)的参考模型和接口设计方法，使FPGA等专用硬件处理器上的波形组件可以直接与CORBA进行通信。

在SCA2.2.2规范中提出了MHAL接口标准。虽然MHAL的初衷是为SCA系统不同处理平台提供通信方式，但同时它也实现了波形外部接口的抽象。MHAL定义了不同处理器之间消息传递的标准格式，与此同时，还针对不同处理器的特点分别规定了负责处理MHAL消息的功能模块。

标准的SCA架构在小型化设备的应用中，效率和功耗的问题尤其突出。芯片化是设备小型化、低功耗的必要保障。通常基带电路硬件平台主要采用由SoC处理器、FPGA和DSP处理器三个控制和运算核心组成的通用架构实现，与芯片为核心的电路设计相比，这种硬件平台架构占用的电路面积大；处理器之间的总线设计易受外部干扰，低功耗优化困难。本专利的意义就是在于，基于FPGA平台的IP复用，开展具备SCA功能的数字基带芯片研究工作，在RTL层的实现芯片的设计与验证。

目前基于SCA标准的芯片设计技术在国内仍属于空白。

现有技术一的技术方案

SDR(SoftwareDefinedRadio，软件无线电)概念的实质在于较多的波形处理运行在可以多次编程的数字硬件上，因此，一个单独的硬件平台可以用于多个波形。随着越来越多无线标准的出现，未来的无线设备需要支持多种空口及调制架构。SDR技术通过支持多种标准的可配置硬件平台技术实现了这种功能。

如图4所示为一种多核SDR系统实现框图，系统包括多个基于SIMD(SingleInstructionMultipleData)架构的高吞吐量处理单元(PE)，一个低吞吐量的标量控制器和全局暂存器。这些组件通过一根共享总线相连。PE(ProcessingElement，处理单元)包括紧密耦合的标量流水线和SIMD流水线。其中，SIMD流水线用于大计算量的数字信号处理算法计算，例如，滤波器、FFT(FastFourierTransform，快速傅里叶变换)及信道解码。标量流水线用于算法的连续部分和SIMD流水线的地址产生。控制器用于整个系统的管理，例如电源控制。MEM主要用于数字信号处理计算中的中间数缓存。

PE为整个系统的主要计算单元。该单元占据了系统的大部分面积同时消耗了最多的能耗。在典型的商用无线系统解决方案中，DSP负责低运算量的算法，高计算量的算法由设计的ASIC完成。由一个PE完成滤波及FFT计算，而搜索、维特比解码及Turbo解码通常由专用的PE完成。

现有技术一的缺点在于：

具有相当的复杂性，不适合诸如手持、背负台等小型化通信设备。PE端计算由DSP完成，增加系统的调试周期及研发成本。

现有技术二的技术方案

SCA的体系结构如图3所示，包括操作系统、核心框架、中间件和应用层。

(1)操作系统

操作系统为嵌入式实时操作系统，主要提供本地系统引导、硬件设备驱动、内存管理、进程管理、任务的实时调度，为上层应用软件提供多线程支持。SCA规范定义了一个最小化的可移植的操作系统接口描述文件来定义应用与操作系统的接口。

(2)核心框架

核心框架是开放式应用层接口和服务的核心，为应用软件设计人员提供底层软件和硬件的一种抽象(类)。SCA规范中以RationalUML的表达方式描述的各类接口之间的关系。应用程序的实现就是这些接口类以及它们的继承类的实现和使用。

(3)中间件

中间件(middleware)处于操作系统软件与用户的应用软件的中间，为上层的应用软件提供运行与开发的环境。它能帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件，是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。

CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture，公共对象请求代理体系结构)是由OMG(对象管理组织，ObjectManagementGroup)提出的应用软件体系结构和对象技术规范，其核心是一套标准的语言、接口和协议，以支持异构分布应用程序间的互操作性及独立于平台和编程语言的对象重用。

(4)应用层

应用程序通过核心框架提供的接口和服务，执行用户通信功能，包括调制解调层的数字信号处理、链路层的协议处理、网络层的协议处理、Internet网络路由、外部I/O访问、安全性和嵌入式应用。应用程序对OS的直接访问限于SCAPOSIXProfile中约定的服务。网络功能因其不在OS空间，也就不限于SCAPOSIXProfile的约定。网络功能的实现也可在应用层之下的其它层，比如商用IP网络层。

目前大多的解决方案是多采用GPP+FPGA+DSP的硬件架构。如图2所示。

GPP承载操作系统、CF、ORB及应用。FPGA和DSP承载物理层的功能，包括调制解调等组件。GPP与FPGA及DSP通信的协议遵循MHAL规范。

现有技术二的缺点在于：

现有技术二的方案功耗大，效率低，不适合小型化设备的开发。

国内通信设备的基带电路硬件平台主要采用由SoC处理器、FPGA和DSP处理器三个控制和运算核心组成的通用架构，小型设备更选择ARM+DSP的双核SoC处理器芯片以达到小型化、低功耗要求。这种硬件平台架构占用的电路面积大；多运算平台间以高速并行总线进行电信号互联，明显增加了电路调试周期，降低了总线运行速度；对每个运算平台的供电设计无法达到优化，电路的可靠性、维修性难提高。

综上所述，现有的无线通信调制解调硬件设置较为复杂，调制解调功能部分是基于操作系统进行设计，一旦更改操作系统，则无线电功能部分也会需要重新设计。同时，调制解调的制式多种多样，当要支持不同的制式时，需要重新对硬件进行设计，缺乏灵活性和可扩展性。

发明内容

基于此，有必要针对现有的无线通信调制解调设置复杂，调制解调功能部分与操作系统耦合性过高的技术问题，提供一种基于SCA的Modem组件处理核及集成电路。

一种基于SCA的Modem组件处理核，包括：用于提供无线通信调制解调功能的无线通信调制解调模块，所述无线通信调制解调模块包括多个信号处理单元，每个信号处理单元根据设置在无线通信调制解调模块的相应的控制寄存器中的设置信息，确定每个信号处理单元的运行状况，所述运行状况包括：运行参数或者旁通，所述操作系统消息包括控制流消息和数据流消息，所述控制流消息用于配置所述控制寄存器的设置信息。

在其中一个实施例中，还包括用于提供操作系统的操作系统模块、第一总线以及第二总线，所述操作系统模块与第一总线连接，所述无线通信调制解调模块与第二总线连接，所述第一总线与第二总线之间还设有总线桥，所述总线桥根据第一总线的时钟序列读取第一总线的数据并根据第二总线的时钟序列发送到第二总线，且根据第二总线的时钟序列读取第二总线的数据并根据第一总线的时钟序列发送到第一总线，所述第一总线的数据为操作系统模块向无线通信调制解调模块所发送的操作系统消息，所述第二总线的数据为无线通信调制解调模块向操作系统模块发送的调制解调消息。

在其中一个实施例中，所述操作系统消息和调制解调消息均采用调制解调硬件层协议进行封装，所述无线通信调制解调模块还包括调制解调硬件层单元，所述调制解调硬件层单元的一端与第二总线连接，另一端分别与多个信号处理单元以及相应的控制寄存器连接。

在其中一个实施例中，所述调制解调硬件层单元包括：消息解析子单元、消息封装子单元、发送节点、接收节点和组件配置接口，其中；

所述消息解析子单元的输入端与第二总线连接，输出端分别与组件配置接口和接收节点连接，对从第二总线接收到的操作系统消息进行判断，如果操作系统消息为控制流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的控制流消息作为控制命令，并发送到组件配置接口，如果操作系统消息为数据流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的数据流消息作为操作系统数据发送到接收节点；

所述消息封装子单元的输入端分别与组件配置接口和发送节点连接，输出端与第二总线连接，对从组件配置接口获取的控制命令反馈信息以及从发送节点获取的信道解调处理后的数据按照调制解调硬件层协议进行封装，得到调制解调消息并发送到第二总线；

所述发送节点的输入端分别与所述多个信号处理单元连接，输出端与消息封装子单元的输入端连接，从信号处理单元获取信道解调处理后的数据，并发送到消息封装子单元；

所述接收节点的输入端与消息解析子单元的输出端连接，输入端分别与所述多个信号处理单元连接，从消息解析子单元获取操作系统数据，并发送到信号处理单元；

所述组件配置接口的一端分别与消息解析子单元和消息封装子单元连接，另一端与多个控制寄存器连接，从消息解析子单元获取控制命令对控制寄存器进行设置，并从控制寄存器中获取控制命令反馈信息发送到消息封装子单元。

在其中一个实施例中，所述无线通信调制解调模块还包括接收和发射射频信号的射频接口单元。

一种采用基于SCA的Modem组件处理核的集成电路，采用如上所述的基于SCA的Modem组件处理核对无线通信信号进行调整解调。

在其中一个实施例中，所述基于SCA的Modem组件处理核还包括用于提供操作系统的操作系统模块、第一总线以及第二总线，所述操作系统模块与第一总线连接，所述无线通信调制解调模块与第二总线连接，所述第一总线与第二总线之间还设有总线桥，所述总线桥根据第一总线的时钟序列读取第一总线的数据并根据第二总线的时钟序列发送到第二总线，且根据第二总线的时钟序列读取第二总线的数据并根据第一总线的时钟序列发送到第一总线，所述第一总线的数据为操作系统模块向无线通信调制解调模块所发送的操作系统消息，所述第二总线的数据为无线通信调制解调模块向操作系统模块发送的调制解调消息。

在其中一个实施例中，所述操作系统消息和调制解调消息均采用调制解调硬件层协议进行封装，所述无线通信调制解调模块还包括调制解调硬件层单元，所述调制解调硬件层单元的一端与第二总线连接，另一端分别与多个信号处理单元以及相应的控制寄存器连接。

在其中一个实施例中，所述调制解调硬件层单元包括：消息解析子单元、消息封装子单元、发送节点、接收节点和组件配置接口，其中；

所述消息解析子单元的输入端与第二总线连接，输出端分别与组件配置接口和接收节点连接，对从第二总线接收到的操作系统消息进行判断，如果操作系统消息为控制流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的控制流消息作为控制命令，并发送到组件配置接口，如果操作系统消息为数据流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的数据流消息作为操作系统数据发送到接收节点；

所述消息封装子单元的输入端分别与组件配置接口和发送节点连接，输出端与第二总线连接，对从组件配置接口获取的控制命令反馈信息以及从发送节点获取的信道解调处理后的数据按照调制解调硬件层协议进行封装，得到调制解调消息并发送到第二总线；

所述发送节点的输入端分别与所述多个信号处理单元连接，输出端与消息封装子单元的输入端连接，从信号处理单元获取信道解调处理后的数据，并发送到消息封装子单元；

所述接收节点的输入端与消息解析子单元的输出端连接，输入端分别与所述多个信号处理单元连接，从消息解析子单元获取操作系统数据，并发送到信号处理单元；

所述组件配置接口的一端分别与消息解析子单元和消息封装子单元连接，另一端与多个控制寄存器连接，从消息解析子单元获取控制命令对控制寄存器进行设置，并从控制寄存器中获取控制命令反馈信息发送到消息封装子单元。

在其中一个实施例中，所述无线通信调制解调模块还包括接收和发射射频信号的射频接口单元。

上述基于SCA的Modem组件处理核及集成电路，无线通信调制解调模块中设有多个信号处理单元，且每个信号处理单元均可以由操作系统模块设置是否运行以及运行时的参数，则用户可以非常方便的运行不同的调制解调单元并对其运行参数进行配置，从而在不更换硬件的情况下，实现各种需要的调制解调制式。这种方式在集成芯片中效果更加突出。集成芯片与集成电路不同，现有技术如果要采用不同的制式，集成电路还可以通过更换一部分硬件实现，然而如果集成芯片采用现有的方式，如果要采用与原设计不同的制式，其无法更换硬件，只能整个芯片重新设计。但本发明的方法，使得用户无需更换芯片即可适应不同的制式，具有非常好的灵活性。

同时，由于将操作系统模块和无线通信调制解调模块完整的分离，则当需要更换操作系统时，只需要更新操作系统模块和总线桥，而无需对无线通信调制解调模块进行更新，使得设计的重用性大大提高。

本发明将片上系统、无线传输的调制解调功能组件和基带与射频的接口整合在一起，满足手持电台的基带处理性能要求，简化了基带电路设计，有效降低了基带电路以及整机的体积和功耗。遵循SCA规范的电台，不仅增强软件可编程性，而且提高硬件的重用性，支持设备的应用范围，通过软件升级方式提高了设备的功能及使用寿命，降低了设备的开发、使用和维护等各方面的成本。

附图说明

图1为本发明的一种具有无线通信调制解调功能的集成电路或者集成芯片的模块结构图；

图2为现有技术的一种模块结构图；

图3为现有SCA的体系结构；

图4为现有技术的另一种模块结构图；

图5为本发明一个例子的结构模块图

图6为本发明一个例子的设计实施例示意图；

图7为本发明的一个例子的调制解调桥的结构示意图；

图8为本发明的一个例子通过配置多个信号处理单元组成的发送端的信道编码及调制模块示意图；

图9为本发明的一个例子通过配置多个信号处理单元组成的接收端的信道解码及解调模块示意图；

图10为本发明的一个例子的MHAL接口单元的示意图；

图11为本发明一个例子的实施架构示意图；

图12为本发明一个例子调制所需要的信号处理组件示意图；

图13为本发明一个例子解调所需要的信号处理组件示意图；

图14为本发明一个例子的MHAL数据传输架构示意图；

图15为本发明一个例子调制解调所需的信号处理组件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示为本发明的基于SCA的Modem组件处理核的模块结构图，包括：

用于提供无线通信调制解调功能的无线通信调制解调模块120，所述无线通信调制解调模块120包括多个信号处理单元121，每个信号处理单元121根据设置在无线通信调制解调模块120的相应的控制寄存器中的设置信息，确定每个信号处理单元121的运行状况，所述运行状况包括：运行参数或者旁通，所述操作系统消息包括控制流消息和数据流消息，所述控制流消息用于配置所述控制寄存器的设置信息。

其中无线通信调制解调模块120的操作，本领域普通技术人员可以通过阅读本专利后提出具体的操作方法。在其中一个实施例中，本发明还包括用于提供操作系统的操作系统模块110、第一总线130以及第二总线140，所述操作系统模块110与第一总线130连接，所述无线通信调制解调模块120与第二总线140连接，所述第一总线130与第二总线140之间还设有总线桥150，所述总线桥150根据第一总线130的时钟序列读取第一总线130的数据并根据第二总线140的时钟序列发送到第二总线140，且根据第二总线140的时钟序列读取第二总线140的数据并根据第一总线130的时钟序列发送到第一总线130，所述第一总线130的数据为操作系统模块110向无线通信调制解调模块120所发送的操作系统消息，所述第二总线140的数据为无线通信调制解调模块120向操作系统模块110发送的调制解调消息。

本实施例，通过增加操作系统模块110，能够方便用户操作无线通信调制解调模块120。

对于操作系统消息和控制流消息的传输方式，本领域普通技术人员在阅读本专利后可以采用各种设置，本发明给出一种实施方式。在其中一个实施例中，所述操作系统消息和调制解调消息均采用调制解调硬件层协议进行封装，所述无线通信调制解调模块120还包括调制解调硬件层单元122，所述调制解调硬件层单元122的一端与第二总线140连接，另一端分别与多个信号处理单元131以及相应的控制寄存器连接。

对于调整解调硬件层单元122的设置，本领域普通技术人员在阅读本专利后可以进行各种不同的具体设置，本发明给出一种实施方式。在其中一个实施例中，所述调制解调硬件层单元122包括：消息解析子单元、消息封装子单元、发送节点、接收节点和组件配置接口，其中；

所述消息解析子单元的输入端与第二总线连接，输出端分别与组件配置接口和接收节点连接，对从第二总线接收到的操作系统消息进行判断，如果操作系统消息为控制流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的控制流消息作为控制命令，并发送到组件配置接口，如果操作系统消息为数据流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的数据流消息作为操作系统数据发送到接收节点；

所述消息封装子单元的输入端分别与组件配置接口和发送节点连接，输出端与第二总线连接，对从组件配置接口获取的控制命令反馈信息以及从发送节点获取的信道解调处理后的数据按照调制解调硬件层协议进行封装，得到调制解调消息并发送到第二总线；

所述发送节点的输入端分别与所述多个信号处理单元连接，输出端与消息封装子单元的输入端连接，从信号处理单元获取信道解调处理后的数据，并发送到消息封装子单元；

所述接收节点的输入端与消息解析子单元的输出端连接，输入端分别与所述多个信号处理单元连接，从消息解析子单元获取操作系统数据，并发送到信号处理单元；

所述组件配置接口的一端分别与消息解析子单元和消息封装子单元连接，另一端与多个控制寄存器连接，从消息解析子单元获取控制命令对控制寄存器进行设置，并从控制寄存器中获取控制命令反馈信息发送到消息封装子单元。

在其中一个实施例中，所述无线通信调制解调模块还包括射频接口单元160，所述射频接口单元与第二总线连接，用于接收和发射射频信号。

本发明的基于SCA的Modem组件处理核，也可以应用于集成电路中，采用所述处理核对无线通信信号进行调整解调。

为了更好的理解本发明，本发明提供了一个基于SCA的Modem组件处理核作为例子。

SCA规范(软件通信体系结构规范)，其全面定义了JTRS设备软、硬件体系架构及波形API，实现了嵌入式分布式通信系统中软件组件配置、管理、互联互通的标准化。在手持通信终端的设计中，为了实现高速的数字信号处理，SCA规范中提出了硬件抽象层的概念。硬件抽象层软件通过屏蔽硬件平台相关的底层通信机制、封装标准的通信接口，实现波形组件间通信方式与具体硬件平台的分离，保持波形组件底层通信访问接口的一致性，从而易于在异构硬件平台间移植波形组件，提高了波形应用的跨平台可移植性。

下面以GMSK调制/解调为例，对系统的工作模式做出说明。

该数字处理核50的总体技术方案如图5所示，数字处理核50内部组成包括基于ARMv7核的片上系统51、无线通信调制解调模块52，无线通信调制解调模块52与片上系统51之间的调制解调桥53、符合SCA规范的MHAL接口单元522、多个信号处理单元521和射频接口单元54。

片上系统51(SOC)作为操作系统模块，其电源/复位/系统时钟管理为片上系统51(SOC)和无线通信调制解调模块52提供时钟、使能控制。当上电工作关闭无线调制解调功能模块时，片上系统51作为一个通用SoC芯片使用。数字处理核50的实施架构如图11所示，底层驱动、操作系统、MHAL、CORBA、以及波形运行在由ARM以及外设资源组成的硬件平台上。其中，MHAL将操作系统的API封装提供给上层波形开发，对下调用操作系统API，CORBA负责对上层波形进行管理。采用这样架构，如果更新下层操作系统或是硬件将不会对上层波形产生影响，同时波形由组件构成，模块化的波形可以利用现有组件进行重构波形，开发者在开发不同波形时，只需在上层通过API调用搭配需要的组件并且根据具体情况配置各个组件的参数。

在GMSK工作模式下，开发者在片上系统51完成对无线通信调制解调模块52的GMSK信号处理组件和GMSK射频组件的选择及参数配置。包括从无线通信调制解调模块52中选择合适的组件完成GMSK的调制解调功能，以及对需要配置的组件进行参数配置。

片上系统51和无线通信调制解调模块52通过调制解调桥53(即所述总线桥)连接，使两大模块保持相对地独立。片上系统51的片上系统总线55即第一总线，第二总线在本例子中采用AVALON总线56，AVALON总线是一种协议较为简单的片内总线，用于进行数据交换。调制解调桥53采用DMA与片上系统总线55互连；采用OCP接口规范，作为AVALON总线56下的设备与AVALON总线连接，从而建立了片上系统总线55与Avalon总线56进行数据交互的通道。

SCA操作环境包括嵌入式实时操作系统、设备驱动和SCA核心框架及中间件等软件，因此，本例子的数字基带芯片的片上系统51为SCA操作环境提供硬件运行平台，包括低功耗ARM架构的RISC处理核、SDRAM及FLASH存储器接口、电源及时钟管理和输入输出接口、DMA及定时器处理核。当上电工作关闭无线调制解调功能模块52时，数字基带芯片作为一个通用SoC芯片使用。

无线通信调制解调模块52，包括多个信号处理单元521和射频接口单元54。其中，信号处理单元521的功能实体包括时钟管理、信道编解码模块、时域频域变换、调制映射、信道估计与同步、滤波器、DDC与DUC数字前端等逻辑功能实体。信号处理单元521有两个接口，一个是信号处理单元521的数据接口，连接到AVALON总线56上，通过AVALON总线56的仲裁管理控制与射频接口单元54交互数据；另一个是配置接口，为每个信号处理单元配置工作参数。每个信号处理单元521都具有配置接口和数据接口；信号处理单元521的数据接口只有一个输入和一个输出，并连接到AVALON总线56上；如果不需要某些信号处理单元521，则设置为旁通模式。无线通信调制解调模块52的数字射频接口单元54包括数据、控制、同步模块及串行收发接口，通过数字射频接口单元54的配置管理接口，设置射频信道的本振频率、本振频率的焕频时间、射频的信道带宽、AGC增益控制、射频输出功率等参数，并负责基带和射频之间的同步及同步控制。AVALON总线56和多个信号处理单元521之间还设有MHAL接口单元522，即图1的调整解调硬件层单元122。

图6为本数字基带芯片的一设计实施例示意图，将该数字处理核50，外围接ADC61、DAC62、存储器63等芯片、以及键盘、显示屏以及对外接口芯片，可作为一个完成的基带电路设计方案使用。

GMSK调制所需要的信号处理组件如图12所示。需要调制的数据速率为19.2kbit/s，系统的工作时钟配置为100MHz，在此调制模式需要配置的模块包括前端的高斯滤波器1201、IQ数据加权函数NCO模块1202、移相器模块1203、载波模块1204和BPF模块1205的参数，即所述的信号处理单元521。其中设置高斯滤波器1201参数BTs＝0.3，IQ数据加权函数NCO模块1202参数移相器模块1203参数以及根据实际需要设置的载波模块1204参数f＝f_s，BPF模块1205参数f_b＝[f₁，f₂]。

本实施例中GMSK解调需要的组件及配置如图13所示。需要配置的模块包括：前置FIR滤波器1301、Cordic组件模块1302和后置FIR滤波器1303，即为所述的信号处理单元521。对应上述的调制参数，配置解调前端FIR滤波器1301为低通FIR，3dB截止带宽为25k，配置Cordic组件模块1302参数包括输入位宽，迭代次数，数据截断方式等，配置解调末端的后置FIR滤波器1303为抽取滤波器，配置参数包括抽取倍数及3dB截止带宽等。

调制解调桥55：

调制解调桥55的结构如图7所示，调制解调桥55采用DMA与片上系统总线55互连，采用OCP接口规范，作为AVALON总线56下的设备与AVALON总线56连接，从而建立了片上系统总线55与Avalon总线56进行数据交互的通道。

其中，调制解调桥55的DMA控制部分5510包括内存地址计数器5511、字计数器5512、数据缓冲控制寄存器5513、DMA请求标志模块5514、控制/状态逻辑5515、中断机构5516。

调制解调桥55的内部缓存5520包括状态寄存器5521和数据缓存区5522。在AVALON总线56和片上系统总线55之间数据交互的缓冲，以协调两条总线不同的读写时钟。

调制解调桥55与Avalon总线56的连接端口包括时钟(clk)、片选(cp)、地址(addr)、写使能(w_e)、写数据(w_d)、读使能(r_e)、读数据(r_d)、等待周期(wait_rq)、数据结束(end_data)。

可配置信道编解码及调制解调技术：

如图8所示为通过配置多个信号处理单元521组成的发送端的信道编码及调制模块示意图。上述例子可通过配置接口对信道编码及调制功能逻辑进行不同的参数设置，每个信号处理单元521可设置为旁通，设置为旁通后，则被旁通的信号处理单元521将不会工作，信号直接被旁通到下一个信号处理单元621。因此，可以通过模块选用实现不同的信道编码及调制模式，以支持RS、卷积等信道编码及FM、GMSK/CPFSK、PI/4-DQPSK、TCM+8PSK等调制方式。

以信号调制模块为例，说明信号处理组件的配置。调制模块控制寄存器配置如表1所示。当D₄D₃为00表示Unused，D₄D₃为01表示π/2，即CFMSK，D₄D₃为10表示π/4，即π/4-DQP，D₄D₃为11表示π/8，即8PSK。

表1信号调制模块控制寄存器配置

如图9所示为通过配置多个信号处理单元521组成的接收端的信道解码及解调模块示意图。功能模块由解调技术所通用的载波提取模块、低通滤波器、抽样判决、并串转换及差分译码模块组成。各信号处理单元521具有自己独立的时钟管理，通过外部进行参数配置及功能模块选取，实现不同信号的解调及解码。

配置管理接口技术：

MHAL接口单元522如图10所示，可分为MHAL发送节点5221、MHAL接收节点5222、MHAL消息封装模块5223、MHAL消息解析模块5224和组件配置接口5225五个模块。从AVALON总线56上接收到的信号种类可以分为数据流消息和控制流消息。MHAL接口单元522上部通过总线接口连接AVALON总线56，读写MHAL消息，控制信号处理单元521的控制寄存器和消息数据缓存。本例子中MHAL接口单元522支持SCA2.2.2的MHAL规范，传送给信号处理单元521内部逻辑功能模块的数据、消息是符合MHAL格式定义的。

MHAL消息解析模块5224从总线接口接收的消息数据，在空闲状态下同时等待数据流消息和控制流消息，接收到MHAL消息后先判断是数据流消息还是控制流消息。假如是控制流消息，对消息负载中的控制命令译码后，发送到组件配置接口5225进行相应的控制寄存器配置处理。假如是数据流消息，将数据从MHAL消息负载中取出，按MHAL消息格式组合成新的MHAL消息发送给MHAL接收节点5222。MHAL接收节点5222将数据交给信号处理单元521的收数据FIFO5211，到信道调制功能逻辑部分。接收时，MHAL发送节点5221从信号处理单元521的收数据FIFO5212中接收信道解调处理后的数据，然后MHAL消息封装模块5223处理封装为MHAL的格式后，交给AVALON总线522。

信号处理单元521接收配置及控制消息的过程描述为：首先，接收接口驱动发送而来的物理地址和数据，将物理地址映射为逻辑地址；然后，根据逻辑地址将配置及控制数据存储至目标寄存器，从而完成对信号处理单元521的功能配置及控制。

数据传输架构如图14所示，由片上系统51端发起的控制信息及数据信息经过系统总线55、DMA控制部分5510传送到数据缓存区5522和状态寄存器5521，然后由Avalon总线56将数据送到无线通信调制解调模块52的MHAL接口单元522，MHAL发送节点5221和接收节点5222负责处理波形组件与外部的消息通信，控制流采用标准的MHAL通信。其他组件和可通过MHAL通信接口向GMSK调制/解调组件发送控制命令，包括参数传递、状态指示和工作模式切换等等。其硬件使用基本的接口信号，这些信号包括读数据总线、写数据总线、地址总线、时钟、读/写使能、数据有效信号。

MHAL接口单元522负责无线通信调制解调模块52内部MHAL消息的传递，通过判断MHAL消息中的逻辑地址，将该消息发送给相应的MHAL接收节点。为了保证所有的消息都能及时处理，在MHAL接口单元522中建立了一个缓冲区，根据系统的实际需求调整该缓冲区的大小，保证系统在所有波形组件都进行消息传递时不会发生缓冲区溢出。其中，MHAL的逻辑地址的分配如表2所示。

表2MHAL的逻辑地址的分配

逻辑地址的最高位用来区分数据流消息和控制流消息，这两类消息的传输是采用不同的接收和发送节点。用14至12位这三位数据来指示消息类型，数据消息的流向一般都是单节点对单节点的传输，属于节点消息。但控制消息的传输就包含各种形式，其中有单节点对其他所有节点(包括不同PE上的节点)的全局消息和单节点对本地其他节点的节点消息等等。本例子中只对使用到的消息类型做定义，预留5种类型待以后扩展使用。接着的12位地址用于对所有的节点地址进行编号，根据具体使用情况，可分段定义为不同含义，指示节点编号、节点编号及控制寄存器编号等等。

MHAL发送节点5221、MHAL接收节点5222负责处理信号处理单元521与外部的消息通信，控制流采用标准的MHAL通信。不同的信号处理单元521可通过MHAL接口单元522向信号处理单元521发送控制命令，包括参数传递、状态指示和工作模式切换等等。其硬件使用基本的接口信号，这些信号包括读数据总线、写数据总线、地址总线、时钟、读/写使能、数据有效信号。采用这种方式，信号处理单元521接收配置及控制消息的过程描述为：首先，接收接口驱动发送而来的物理地址和数据，将物理地址映射为逻辑地址；然后，根据逻辑地址将配置及控制数据存储至目标存储器，从而完成对信号处理单元521的功能配置及控制。

以GMSK调制解调开发过程为例：

选择GMSK所需要的波形组件及根据实际情况确立的组件配置参数。如图15所示，GMSK调制解调所需的组件包括无线通信调制解调模块52的多个信号处理单元521：NCO模块1501、CORDIC模块1502、DDC模块1503、DUC模块1504、成形滤波模块1505、FIR模块1506及部分射频组件等。其中NCO模块1501、CORDIC模块1502、成形滤波模块1505、FIR模块1506等需要根据开发的波形进行参数的配置。

以CORDIC为例，需要配置的参数包括输入位宽，迭代次数，数据截断方式等。应用程序通过调用MHAL提供的API进行GMSK控制信令数据及Cordic组件配置参数的传递。MHAL将组件选择信令及Cordic配置参数封装为硬件抽象层报文，然后通过操作系统调用底层驱动进行数据的传递。底层驱动将MHAL按规范打包封装之后的数据通过总线发送。

系统总线的数据通过中间的调制解调桥传送到GMSK的各个波形组件。如图14所示，DMA控制器5510负责将取自系统总线55的GMSK控制信令、Cordic配置参数和地址信息发送到数据缓存区5522，将状态控制信息发送给状态寄存器5521。Avalon总线56在获取状态寄存器的信息后，按照Avalon总线时序从数据缓存区读取GMSK组件控制信令、组件地址及Cordic组件配置参数信息，并将信息发送到波形组件的MHAL层。

如图15所示，波形组件的MHAL层在收到Avalon总线接口驱动传送的消息后，将GMSK控制信令数据及Cordic组件配置参数进行解析获取GMSK调制解调组件的逻辑地址、控制信令及Cordic组件配置参数，根据获取的逻辑地址将控制信令分发至GMSK调制解调的波形组件，将组件置为可运行状态，同时，将配置数据写入Cordic组件对应的寄存器，完成组件参数的配置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于SCA的Modem组件处理核，其特征在于，包括：用于提供无线通信调制解调功能的无线通信调制解调模块，所述无线通信调制解调模块包括多个信号处理单元，每个信号处理单元根据设置在无线通信调制解调模块的相应的控制寄存器中的设置信息，确定每个信号处理单元的运行状况，所述运行状况包括：运行参数或者旁通，操作系统消息包括控制流消息和数据流消息，所述控制流消息用于配置所述控制寄存器的设置信息；

还包括用于提供操作系统的操作系统模块、第一总线以及第二总线，所述操作系统模块与第一总线连接，所述无线通信调制解调模块与第二总线连接，所述第一总线与第二总线之间还设有总线桥，所述总线桥根据第一总线的时钟序列读取第一总线的数据并根据第二总线的时钟序列发送到第二总线，且根据第二总线的时钟序列读取第二总线的数据并根据第一总线的时钟序列发送到第一总线，所述第一总线的数据为操作系统模块向无线通信调制解调模块所发送的操作系统消息，所述第二总线的数据为无线通信调制解调模块向操作系统模块发送的调制解调消息；

所述操作系统消息和调制解调消息均采用调制解调硬件层协议进行封装，所述无线通信调制解调模块还包括调制解调硬件层单元，所述调制解调硬件层单元的一端与第二总线连接，另一端分别与多个信号处理单元以及相应的控制寄存器连接；

所述调制解调硬件层单元包括：消息解析子单元、消息封装子单元、发送节点、接收节点和组件配置接口，其中；

所述消息解析子单元的输入端与第二总线连接，第一输出端与组件配置接口连接，第二输出端与接收节点连接，对从第二总线接收到的操作系统消息进行判断，如果操作系统消息为控制流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的控制流消息作为控制命令，并发送到组件配置接口，如果操作系统消息为数据流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的数据流消息作为操作系统数据发送到接收节点；

所述消息封装子单元的第一输入端与组件配置接口连接，第二输入端与发送节点连接，输出端与第二总线连接，对从组件配置接口获取的控制命令反馈信息以及从发送节点获取的信道解调处理后的数据按照调制解调硬件层协议进行封装，得到调制解调消息并发送到第二总线；

所述发送节点的输入端通过发数据FIFO与所述多个信号处理单元连接，输出端与消息封装子单元的输入端连接，从信号处理单元获取信道解调处理后的数据，并发送到消息封装子单元；

所述接收节点的输入端与消息解析子单元的输出端连接，输出端通过收数据FIFO与所述多个信号处理单元连接，从消息解析子单元获取操作系统数据，并发送到信号处理单元；

所述组件配置接口的一端分别与消息解析子单元和消息封装子单元连接，另外的多个端口分别与相应的控制寄存器连接，从消息解析子单元获取控制命令对控制寄存器进行设置，并从控制寄存器中获取控制命令反馈信息发送到消息封装子单元。

2.根据权利要求1所述的基于SCA的Modem组件处理核，其特征在于，所述无线通信调制解调模块还包括接收和发射射频信号的射频接口单元。

3.一种采用基于SCA的Modem组件处理核的集成电路，其特征在于，采用如权利要求1所述的基于SCA的Modem组件处理核对无线通信信号进行调整解调；

所述基于SCA的Modem组件处理核还包括用于提供操作系统的操作系统模块、第一总线以及第二总线，所述操作系统模块与第一总线连接，所述无线通信调制解调模块与第二总线连接，所述第一总线与第二总线之间还设有总线桥，所述总线桥根据第一总线的时钟序列读取第一总线的数据并根据第二总线的时钟序列发送到第二总线，且根据第二总线的时钟序列读取第二总线的数据并根据第一总线的时钟序列发送到第一总线，所述第一总线的数据为操作系统模块向无线通信调制解调模块所发送的操作系统消息，所述第二总线的数据为无线通信调制解调模块向操作系统模块发送的调制解调消息；

所述操作系统消息和调制解调消息均采用调制解调硬件层协议进行封装，所述无线通信调制解调模块还包括调制解调硬件层单元，所述调制解调硬件层单元的一端与第二总线连接，另一端分别与多个信号处理单元以及相应的控制寄存器连接；

所述调制解调硬件层单元包括：消息解析子单元、消息封装子单元、发送节点、接收节点和组件配置接口，其中；

所述消息解析子单元的输入端与第二总线连接，第一输出端与组件配置接口连接，第二输出端与接收节点连接，对从第二总线接收到的操作系统消息进行判断，如果操作系统消息为控制流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的控制流消息作为控制命令，并发送到组件配置接口，如果操作系统消息为数据流消息，则将操作系统消息按照调制解调硬件层协议进行解析，得到经过解析的数据流消息作为操作系统数据发送到接收节点；

所述消息封装子单元的第一输入端与组件配置接口连接，第二输入端与发送节点连接，输出端与第二总线连接，对从组件配置接口获取的控制命令反馈信息以及从发送节点获取的信道解调处理后的数据按照调制解调硬件层协议进行封装，得到调制解调消息并发送到第二总线；

所述发送节点的输入端通过发数据FIFO与所述多个信号处理单元连接，输出端与消息封装子单元的输入端连接，从信号处理单元获取信道解调处理后的数据，并发送到消息封装子单元；

所述接收节点的输入端与消息解析子单元的输出端连接，输出端通过收数据FIFO与所述多个信号处理单元连接，从消息解析子单元获取操作系统数据，并发送到信号处理单元；

所述组件配置接口的一端分别与消息解析子单元和消息封装子单元连接，另外的多个端口分别与相应的控制寄存器连接，从消息解析子单元获取控制命令对控制寄存器进行设置，并从控制寄存器中获取控制命令反馈信息发送到消息封装子单元。

4.根据权利要求3所述的采用基于SCA的Modem组件处理核的集成电路，其特征在于，所述无线通信调制解调模块还包括接收和发射射频信号的射频接口单元。