CN105553486A - 基于sca架构的软件无线电设计方法与综合业务处理平台 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于SCA架构的软件无线电设计方法与综合业务处理平台，提供一种设计合理、工作可靠的基于SCA架构的软件无线电的硬件平台、软件平台及波形组件化设计方法，包括符合SCA规范的软件平台设计方法，移植波形功能分类与映射方法和综合业务模件设计方法。通过该平台提供的软硬件服务，能够实现短波、超短波、高速数据、数据链等一系列波形的组件化波形移植，构建新的软件无线电电台。本发明提供的基于SCA架构的软件无线电设计平台，采用模块化结构设计，标准的软件接口，构筑了一整套波形移植与实现的软硬件平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SCA架构的软件无线电设计方法与综合业务处理平台，具体来说是采用SCA(软件通信架构)方式设计软件无线电，实现通信电台波形的组件化设计和波形移植方法与平台。
背景技术
针对无线网络和通信终端产品的多频段、多通信体制、软件可升级的要求，软件无线电技术在无线通信领域的应用已十分广泛。软件无线电是一种新型的无线电体系架构，通过硬件抽象化和软件层次模块化的结合使无线网络和用户终端具备可重配置得能力。软件无线电可以使整个系统采用动态的软件编程对设备特性进行重配置，换言之，相同的硬件平台上，可以通过动态更新软件，更改软件定义来完成不同的功能。基于SCA架构的软件无线电的设计方法，对通信产品设计的硬件模块化、标准化和软件的组件化、接口标准化提出了更高的要求。
在软件无线电出现之前，设计人员采用软件和硬件结合的功能化模块组合的方式来进行无线电台的设计开发工作，软件与硬件平台一体化设计，无线电台的功能模式单一化，不具备软件重定义功能。新型的基于SCA架构的软件无线电要求硬件平台具备适应所有软件功能要求，并具有一定的硬件冗余，以适应将来系统软件功能的升级需求；同时软件无线电具有可扩展的开放式体系结构，具有波形软件可加卸载、可配置、可重用、可移植等一系列优点，与传统的基于硬件的无线电系统相比，具有频段宽、功能多、易兼容、便于升级、组网能力强等优点，通过使用软件无线电，可以用较小的代价将已有的数量庞大而互连、互通能力弱的无线电台家族有效融为一体。
软件无线电体系结构是实现软件无线电概念的具体设计结构，这一结构包括硬件结构、软件结构和接口协议等部分，是实现软件无线电这一概念的核心结构。软件无线电体系结构具有硬件通用化程度高、软件分层、通信功能模块化、软硬件低耦合的特点。
发明内容
本发明的目的就是提供一种设计合理、工作可靠的基于SCA架构的软件无线电的硬件平台、软件平台及波形组件化设计方法，在新一代的硬件平台上设计短波、超短波、高速数据、数据链等一系列波形的组件化波形移植，构建新的软件无线电电台，实现电台的互联互通。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于SCA架构的软件无线电设计方法，包括符合SCA规范的软件平台设计方法，移植波形功能分类与映射方法和综合业务模件设计方法，分别由步骤S1、S2和S3共3个步骤完成，其中：
所述步骤S1为符合SCA规范的软件平台设计方法，完成系统软件平台基础软件模块的划分和软件平台的管理与部署；
所述步骤S2为移植波形功能分类与映射方法，完成各移植波形的软件功能模块到硬件平台核心器件的映射；
所述步骤S3为综合业务模件设计方法，完成综合业务模件硬件资源分析，软件功能模块与核心器件对应，综合业务软件架构设计，软件功能模块设计实现。
所述步骤S1又包含步骤S11和S12，共2个步骤，其中：
所述步骤S11为基础软件模块划分，完成软件无线电软件平台的基础软件模块划分，将基础软件模块划分为文件解析模块、组件连接模块、资源管理、硬件抽象模块；
所述步骤S12为软件平台的管理与部署，完成软件无线电软件平台的管理与部署。将软件平台的管理与部署划分为基本接口的定义与服务、波形管理与调度、日志管理、资源监控，并提供对整个波形应用的安装、卸载、操作、配置和管理等规范规定的所有接口和功能。
所述步骤S2又包含步骤S21和S22，共2个步骤，其中：
所述步骤S21为软件无线电台平台模块划分，完成软件无线电电台平台模块的划分，根据电台平台的整机结构，将电台划分为显控模件、综合业务模件、中频/频合模件1、中频/频合模件2、射频模件1、射频模件2和后盖板模件；
所述步骤S22为移植波形模块划分，完成对所移植波形进行功能模块的划分，通过对射频模件、中频/频合模件、后盖板模件、显控模件、综合业务模件进行移植分析，确定波形移植时需要改动的软件模块为综合业务模件，并确定需移植波形的具体软件模块。
所述步骤S3又包含S31、S32、S33、S34，共4个步骤，其中：
所述步骤S31为综合业务模块硬件资源分析，完成综合业务模块的硬件结构分析和核心器件性能、容量分析，保证硬件平台能够满足所有移植波形的软件存储、运行的空间和速率要求；
所述步骤S32为软件功能模块与核心器件对应，完成将软件功能模块置于相应的核心器件中的规划，将调制解调、跳频同步、跳频时序控制软件、MAC层控制、信道编解码、语音编解码、分组无线网、跳频时序控制、无线TOD、保密控制等软件模块移植到综合业务模块的相应芯片中进行设计规划；
所述步骤S33为综合业务软件体系架构设计，完成综合业务软件架构设计，为了实现综合业务的所有功能，程序架构划分为四个主体：主程序、中断程序、软中断和任务；主程序完成初始化处理、开机自检处理、CPU的接口处理和分组无线网；中断程序完成K口的接收和发送处理、语音芯片的接收和发送处理、语音编码、同步处理、保密机接口处理和软中断的调用；软中断主要完成调制解调处理、跳频时序控制处理、AGC控制、功率控制、频率字控制、语音解码和MAC层控制处理；任务完成数据编解码处理；调度方式为主程序首先进行初始化，然后设置主循环，同时硬件平台提供硬中断，在硬中断响应程序中设计有软中断，在软中断响应程序中设计有任务调度程序；
所述步骤S34为软件功能模块设计，完成软件功能模块具体的设计与实现，按照步骤S33的设计，软件实现以下功能模块，器件CPU+DSP上的参数加注和清除、网络管理、波形管理、参数管理、信息监控维护、业务通道处理、外部接口信令处理、数据接口控制、跳频同步、调制解调、跳频时序处理、无线TOD控制、MAC层控制、数据信道编解码、语音编解码、跳频参数管理、AGC控制、功率控制、语音接口控制、频率码控制；FPGA器件上的上下变频。
所述步骤S31，又含有步骤S311和S312，共2个步骤，其中：
所述步骤S311为硬件结构分析，完成硬件结构分析，对所使用硬件平台的CPU+DSP和FPGA的资源情况进行实时分析，保证整个平台可靠的运行。
所述步骤S312为核心器件性能及容量分析，完成硬件平台CPU+DSP和FPGA核心器件性能评估及容量进行分析。
一种基于SCA架构的软件无线电综合业务处理平台，包括：主控单元1、第Ⅰ信号处理单元2、第Ⅱ信号处理单元3、桥接单元4共四个部分相结合构成一个整体，其特征是：
所述桥接单元4中FPGA芯片41的第0～15脚与主控单元1中架构为CPU+DSP双核芯片11的第0～15脚相对应连接；
所述桥接单元4中FPGA芯片41的第16～31脚分别与第Ⅰ信号处理单元2中架构为CPU+DSP双核芯片21的第0～15脚和FPGA芯片22的第0～15脚相对应连接；
所述桥接单元4中FPGA芯片41的第32～47脚分别与第Ⅱ信号处理单元3中架构为CPU+DSP双核芯片31的第0～15脚和FPGA芯片32的第0～15脚相对应连接，经桥接单元4中的FPGA芯片41的EMIF总线进行通信。
所述基于SCA架构的软件无线电综合业务处理平台中的主控单元1又包括：1个架构为CPU+DSP双核芯片11，1个面板通信串口111，1个通用串口112，1个以太网口113，1个FLASH114，1个SDRAM115、1个E1接口116，1个K接口117。
所述基于SCA架构的软件无线电的综合业务处理平台中的第Ⅰ信号处理单元2又包括：1个架构为CPU+DSP信号处理器的双核芯片21，1个信号处理FPGA芯片22，1个中频ADC转换器221，1个中频DAC222；其中，CPU+DSP信号处理器的双核芯片21与信号处理FPGA芯片22通过EMIF总线进行通信。
所述基于SCA架构的软件无线电的综合业务处理平台中的第Ⅱ信号处理单元3又包括1个架构为CPU+DSP信号处理器的双核芯片31，1个信号处理FPGA芯片32，1个中频ADC转换器321，1个中频DAC322。其中，CPU+DSP信号处理器的双核芯片31与信号处理FPGA芯片32通过EMIF总线进行通信。
本发明基于SCA架构的软件无线电理念，提出了一种基于SCA架构的软件无线电设计方法。该方法满足在统一的硬件平台上，实现了短波波形、超短波波形、高速数据波形组件化波形移植。
本发明作为软件无线电的一种新方法，首先分析电台硬件架构是否符合软件无线电架构要求；然后对相应的硬件资源进行分析是否满足各波形的运算速度和存储容量要求；最后对被移植波形按SCA规范要求进行相应的组件化软件模块划分，使其能满足SCA软件架构的实现要求。
本发明提供综合业务处理平台，采用模块化结构设计，明确接口标准，内插扩展信号处理技术，以简明的结构建立硬件平台，侧重以功能和电路模块对应，实现了整个软件无线电通信系统。实现了同一硬件平台，多种波形体制的兼容。同时本发明具有理念新颖、设计合理、方法可靠、实用性强，整体结构合理等特点。
附图说明
图1软件平台设计流程图
图2本发明波形移植方法流程图
图3本发明波形移植模块划分流程图
图4综合业务模块设计流程图
图5综合业务模件硬件资源分析流程图
图6本发明综合业务电路模件电原理图
图中符号说明：
1为主控单元，2，3为信号处理单元，4为桥接单元；
11，21，31为CPU+DSP双核芯片OMAP-L138；
22，32，41为FPGA；
221，321为中频ADC，222，322为中频DAC。
111为面板通信串口，112为通用串口，113为以太网口，114为FLASH，
115为SDRAM，116为E1接口，117为K接口。
具体实施方式
请参阅图1至图6，为本发明具体实施。
从图1至图5可以看出：
一种基于SCA架构的软件无线电设计方法，包括符合SCA规范的软件平台设计方法，移植波形功能分类与映射方法和综合业务模件设计方法，分别由步骤S1、S2和S3共3个步骤完成，其中：
所述步骤S1为符合SCA规范的软件平台设计方法，完成系统软件平台基础软件模块的划分和软件平台的管理与部署；
所述步骤S2为移植波形功能分类与映射方法，完成各移植波形的软件功能模块到硬件平台核心器件的映射；
所述步骤S3为综合业务模件设计方法，完成综合业务模件硬件资源分析，软件功能模块与核心器件对应，综合业务软件架构设计，软件功能模块设计实现。
所述步骤S1又包含步骤S11和S12，共2个步骤，其中：
所述步骤S11为基础软件模块划分，完成软件无线电软件平台的基础软件模块划分，将基础软件模块划分为文件解析模块、组件连接模块、资源管理、硬件抽象模块；
所述步骤S12为软件平台的管理与部署，完成软件无线电软件平台的管理与部署。将软件平台的管理与部署划分为基本接口的定义与服务、波形管理与调度、日志管理、资源监控，并提供对整个波形应用的安装、卸载、操作、配置和管理等规范规定的所有接口和功能。
所述步骤S2又包含步骤S21和S22，共2个步骤，其中：
所述步骤S21为软件无线电台平台模块划分，完成软件无线电电台平台模块的划分，根据电台平台的整机结构，将电台划分为显控模件、综合业务模件、中频/频合模件1、中频/频合模件2、射频模件1、射频模件2和后盖板模件；
所述步骤S22为移植波形模块划分，完成对所移植波形进行功能模块的划分，通过对射频模件、中频/频合模件、后盖板模件、显控模件、综合业务模件进行移植分析，确定波形移植时需要改动的软件模块为综合业务模件，并确定需移植波形的具体软件模块。
所述步骤S3又包含S31、S32、S33、S34，共4个步骤，其中：
所述步骤S31为综合业务模块硬件资源分析，完成综合业务模块的硬件结构分析和核心器件性能、容量分析，保证硬件平台能够满足所有移植波形的软件存储、运行的空间和速率要求；
所述步骤S32为软件功能模块与核心器件对应，完成将软件功能模块置于相应的核心器件中的规划，将调制解调、跳频同步、跳频时序控制软件、MAC层控制、信道编解码、语音编解码、分组无线网、跳频时序控制、无线TOD、保密控制等软件模块移植到综合业务模块的相应芯片中进行设计规划；
所述步骤S33为综合业务软件体系架构设计，完成综合业务软件架构设计，为了实现综合业务的所有功能，程序架构划分为四个主体：主程序、中断程序、软中断和任务；主程序完成初始化处理、开机自检处理、CPU的接口处理和分组无线网；中断程序完成K口的接收和发送处理、语音芯片的接收和发送处理、语音编码、同步处理、保密机接口处理和软中断的调用；软中断主要完成调制解调处理、跳频时序控制处理、AGC控制、功率控制、频率字控制、语音解码和MAC层控制处理；任务完成数据编解码处理；调度方式为主程序首先进行初始化，然后设置主循环，同时硬件平台提供硬中断，在硬中断响应程序中设计有软中断，在软中断响应程序中设计有任务调度程序；
所述步骤S34为软件功能模块设计，完成软件功能模块具体的设计与实现，按照步骤S33的设计，软件实现以下功能模块，器件CPU+DSP上的参数加注和清除、网络管理、波形管理、参数管理、信息监控维护、业务通道处理、外部接口信令处理、数据接口控制、跳频同步、调制解调、跳频时序处理、无线TOD控制、MAC层控制、数据信道编解码、语音编解码、跳频参数管理、AGC控制、功率控制、语音接口控制、频率码控制；FPGA器件上的上下变频。
所述步骤S31，又含有步骤S311和S312，共2个步骤，其中：
所述步骤S311为硬件结构分析，完成硬件结构分析，对所使用硬件平台的CPU+DSP和FPGA的资源情况进行实时分析，保证整个平台可靠的运行。
所述步骤S312为核心器件性能及容量分析，完成硬件平台CPU+DSP和FPGA核心器件性能评估及容量进行分析。在本实施例中，核心器件CPU+DSP双核芯片的CPU指令处理能力大于375MIPS，存储空间外部代码段、数据段容量大于16Mbytes；其中DSP的工作频率375MHz，指令处理能力3648MIPS；FPGA是150万系统门级的集成电路，新的综合业务模块核心器件的资源能力满足电台波形软件移植需求。
从图6可以看出：
一种基于SCA架构的软件无线电综合业务处理平台，包括：主控单元1、第Ⅰ信号处理单元2、第Ⅱ信号处理单元3、桥接单元4共四个部分相结合构成一个整体，其特征是：
所述桥接单元4中FPGA芯片41的第0～15脚与主控单元1中架构为CPU+DSP双核芯片11的第0～15脚相对应连接；
所述桥接单元4中FPGA芯片41的第16～31脚分别与第Ⅰ信号处理单元2中架构为CPU+DSP双核芯片21的第0～15脚和FPGA芯片22的第0～15脚相对应连接；
所述桥接单元4中FPGA芯片41的第32～47脚分别与第Ⅱ信号处理单元3中架构为CPU+DSP双核芯片31的第0～15脚和FPGA芯片32的第0～15脚相对应连接，经桥接单元4中的FPGA芯片41的EMIF总线进行通信。
所述基于SCA架构的软件无线电综合业务处理平台中的主控单元1又包括：1个架构为CPU+DSP双核芯片11，1个面板通信串口111，1个通用串口112，1个以太网口113，1个FLASH114，1个SDRAM115、1个E1接口116，1个K接口117。
所述基于SCA架构的软件无线电的综合业务处理平台中的第Ⅰ信号处理单元2又包括：1个架构为CPU+DSP信号处理器的双核芯片21，1个信号处理FPGA芯片22，1个中频ADC转换器221，1个中频DAC222；其中，CPU+DSP信号处理器的双核芯片21与信号处理FPGA芯片22通过EMIF总线进行通信。
所述基于SCA架构的软件无线电的综合业务处理平台中的第Ⅱ信号处理单元3又包括1个架构为CPU+DSP信号处理器的双核芯片31，1个信号处理FPGA芯片32，1个中频ADC转换器321，1个中频DAC322。其中，CPU+DSP信号处理器的双核芯片31与信号处理FPGA芯片32通过EMIF总线进行通信。
值得说明的是本发明选用的主要元器件型号依次为：综合业务电路模件上的CPU+DSP双核芯片11，21，31型号为OMAP-L138，信号处理FPGA芯片22，32，41型号为XC6S150T，其余为工业级元器件与精加工自制件。
以上实施例，仅为本发明的较佳实施例而已，用以说明本发明的技术特征和可实施性，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了并加以实施，因此，其它在未脱离本发明所揭示的前提下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的申请专利范围之内。
Claims (9)
1.一种基于SCA架构的软件无线电设计方法，包括符合SCA规范的软件平台设计方法，移植波形功能分类与映射方法和综合业务模件设计方法，分别由步骤S1、S2和S3共3个步骤完成，其中：
所述步骤S1为符合SCA规范的软件平台设计方法，完成系统软件平台基础软件模块的划分和软件平台的管理与部署；
所述步骤S2为移植波形功能分类与映射方法，完成各移植波形的软件功能模块到硬件平台核心器件的映射；
所述步骤S3为综合业务模件设计方法，完成综合业务模件硬件资源分析，软件功能模块与核心器件对应，综合业务软件架构设计，软件功能模块设计实现。
2.如权利要求1所述基于SCA架构的软件无线电设计方法，其特征是：
所述步骤S1又包含步骤S11和S12，共2个步骤，其中：
所述步骤S11为基础软件模块划分，完成软件无线电软件平台的基础软件模块划分，将基础软件模块划分为文件解析模块、组件连接模块、资源管理、硬件抽象模块；
所述步骤S12为软件平台的管理与部署，完成软件无线电软件平台的管理与部署。将软件平台的管理与部署划分为基本接口的定义与服务、波形管理与调度、日志管理、资源监控，并提供对整个波形应用的安装、卸载、操作、配置和管理等规范规定的所有接口和功能。
3.如权利要求1所述基于SCA架构的软件无线电设计方法，其特征是：
所述步骤S2又包含步骤S21和S22，共2个步骤，其中：
所述步骤S21为软件无线电台平台模块划分，完成软件无线电电台平台模块的划分，根据电台平台的整机结构，将电台划分为显控模件、综合业务模件、中频/频合模件1、中频/频合模件2、射频模件1、射频模件2和后盖板模件；
所述步骤S22为移植波形模块划分，完成对所移植波形进行功能模块的划分，通过对射频模件、中频/频合模件、后盖板模件、显控模件、综合业务模件进行移植分析，确定波形移植时需要改动的软件模块为综合业务模件，并确定需移植波形的具体软件模块。
4.如权利要求1所述基于SCA架构的软件无线电设计方法，其特征是：
所述步骤S3又包含S31、S32、S33、S34，共4个步骤，其中：
所述步骤S31为综合业务模块硬件资源分析，完成综合业务模块的硬件结构分析和核心器件性能、容量分析，保证硬件平台能够满足所有移植波形的软件存储、运行的空间和速率要求；
所述步骤S32为软件功能模块与核心器件对应，完成将软件功能模块置于相应的核心器件中的规划，将调制解调、跳频同步、跳频时序控制软件、MAC层控制、信道编解码、语音编解码、分组无线网、跳频时序控制、无线TOD、保密控制等软件模块移植到综合业务模块的相应芯片中进行设计规划；
所述步骤S33为综合业务软件体系架构设计，完成综合业务软件架构设计，为了实现综合业务的所有功能，程序架构划分为四个主体：主程序、中断程序、软中断和任务；主程序完成初始化处理、开机自检处理、CPU的接口处理和分组无线网；中断程序完成K口的接收和发送处理、语音芯片的接收和发送处理、语音编码、同步处理、保密机接口处理和软中断的调用；软中断主要完成调制解调处理、跳频时序控制处理、AGC控制、功率控制、频率字控制、语音解码和MAC层控制处理；任务完成数据编解码处理；调度方式为主程序首先进行初始化，然后设置主循环，同时硬件平台提供硬中断，在硬中断响应程序中设计有软中断，在软中断响应程序中设计有任务调度程序；
所述步骤S34为软件功能模块设计，完成软件功能模块具体的设计与实现，按照步骤S33的设计，软件实现以下功能模块，器件CPU+DSP上的参数加注和清除、网络管理、波形管理、参数管理、信息监控维护、业务通道处理、外部接口信令处理、数据接口控制、跳频同步、调制解调、跳频时序处理、无线TOD控制、MAC层控制、数据信道编解码、语音编解码、跳频参数管理、AGC控制、功率控制、语音接口控制、频率码控制；FPGA器件上的上下变频。
5.如权利要求4所述基于SCA架构的软件无线电设计方法，其特征是：
所述步骤S31，又含有步骤S311和S312，共2个步骤，其中：
所述步骤S311为硬件结构分析，完成硬件结构分析，对所使用硬件平台的CPU+DSP和FPGA的资源情况进行实时分析，保证整个平台可靠的运行。
所述步骤S312为核心器件性能及容量分析，完成硬件平台CPU+DSP和FPGA核心器件性能评估及容量进行分析。
6.一种基于SCA架构的软件无线电综合业务处理平台，包括：主控单元(1)、第Ⅰ信号处理单元(2)、第Ⅱ信号处理单元(3)、桥接单元(4)，共四个部分相结合构成一个整体，其特征是：
所述桥接单元(4)中FPGA芯片(41)的第0～15脚与主控单元(1)中架构为CPU+DSP双核芯片的(11)第0～15脚相对应连接；
所述桥接单元(4)中FPGA芯片(41)的第16～31脚分别与第Ⅰ信号处理单元(2)中架构为CPU+DSP双核芯片(21)的第0～15脚和FPGA芯片(22)的第0～15脚相对应连接；
所述桥接单元(4)中FPGA芯片(41)的第32～47脚分别与第Ⅱ信号处理单元(3)中架构为CPU+DSP双核芯片(31)的第0～15脚和FPGA芯片(32)的第0～15脚相对应连接，经桥接单元(4)中的FPGA芯片(41)的EMIF总线进行通信。
7.如权利要求5所述基于SCA架构的软件无线电综合业务处理平台，其特征是：
所述主控单元(1)又包括：1个架构为CPU+DSP双核芯片(11)，1个面板通信串口(111)，1个通用串口(112)，1个以太网口(113)，1个FLASH(114)，1个SDRAM(115)、1个E1接口(116)，1个K接口(117)。
8.如权利要求5所述基于SCA架构的软件无线电的综合业务处理平台，其特征是：
所述第Ⅰ信号处理单元(2)又包括：1个架构为CPU+DSP信号处理器的双核芯片(21)，1个信号处理FPGA芯片(22)，1个中频ADC转换器(221)，1个中频DAC(222)；其中，CPU+DSP信号处理器的双核芯片(21)与信号处理FPGA芯片(22)通过EMIF总线进行通信。
9.所述基于SCA架构的软件无线电的综合业务处理平台,其特征是：
所述第Ⅱ信号处理单元(3)又包括1个架构为CPU+DSP信号处理器的双核芯片(31)，1个信号处理FPGA芯片(32)，1个中频ADC转换器(321)，1个中频DAC(322)。其中，CPU+DSP信号处理器的双核芯片(31)与信号处理FPGA芯片(32)通过EMIF总线进行通信。
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