CN113138795B

CN113138795B - 一种基于sdr的可配置协议通信系统

Info

Publication number: CN113138795B
Application number: CN202110512630.7A
Authority: CN
Inventors: 刘卫东
Original assignee: Sichuan Innogence Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Innogence Technology Co Ltd
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2041-05-11
Also published as: CN113138795A

Abstract

本发明公开了一种基于SDR的可配置协议通信系统，包括SDR模块和手持设备；其中，SDR模块包括CPU主控单元、FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元、FLASH存储器和AD/DA收发器；CPU主控单元分别与FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元和FLASH存储器连接；FPGA高速可编程芯片分别与AD/DA收发器和RAM内存单元连接；CPU主控单元包括下载模块和配置模块；下载模块用于根据用户指令进行解析并下载协议软件至FLASH存储器；配置模块用于FLASH存储器读取下载的协议软件的特征信息并加载到FPGA高速可编程芯片。本发明能根据应用场景不同，下载使用不同的协议支持软件，将通用无线模块配置成指定协议模块，然后完成指定协议的无线通信功能。

Description

一种基于SDR的可配置协议通信系统

技术领域

本发明涉及手持终端设备领域，尤其涉及基于SDR的可配置协议通信系统。

背景技术

随着手持无线设备的日益普及，为人们的信息交互提供了极大的方便。为了满足不同场景下对空口资源的高效利用，国际组织提供了很多针对不同应用场景的无线通信协议，如bluetooth、wifi、gps、nfc等等。

目前的无线产品为了在很多不同场景下使用，就需要支持多种协议，因此在终端设备上集成了多种无线硬件模块，这导致人们在获得便捷的信息交互的同时，但是由于资源受限，难以在手持终端等小型设备上同时安装大量的无线通信硬件模块，所以在不少场景下，无法实现高效的无线信息交互。

通过观察，人们通常很少同时使用多种不同无线通信协议，也就是同时使用多种无线通信协议的场景较少。而申请号为CN201811084363.2的专利申请公开一种智能无线云SDR平台架构及其重构方法，平台架构包括SDR管理中心和SDR云，所述SDR云包括至少一个可重构SDR平台；所述SDR管理中心和可重构SDR平台均接入用户所在网络中，实现用户对SDR管理中心或可重构SDR平台的访问；可重构SDR平台包括：控制面，提供用户接口，实现用户信息和用户权限管理，根据用户的配置信息对应用面进行管控；应用面，在控制面的管控下进行不同功能的部署，并对空口的极化方式、双工方式、工作频段或信号带宽等特性实施重构。所述SDR管理中心，根据用户的资源使用请求，为用户分配适合的SDR平台，并对各SDR进行可重构综合管理。该方案虽然整合了SDR平台资源，隔离了用户与SDR平台硬件，但是并不能根据应用场景的变化适用各种通信协议，不能实现无线通信可配置协议功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于SDR的可配置协议通信系统，根据应用场景不同，下载使用不同的协议支持软件，将通用无线模块配置成指定协议模块，然后完成指定协议的无线通信功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于SDR的可配置协议通信系统，包括SDR模块和手持设备；其中，SDR模块包括CPU主控单元、FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元、FLASH存储器和AD/DA收发器；CPU主控单元分别与FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元和FLASH存储器连接；FPGA高速可编程芯片分别与AD/DA收发器和RAM内存单元连接；CPU主控单元包括下载模块和配置模块；下载模块用于根据用户指令进行解析并下载协议软件至FLASH存储器；配置模块用于FLASH存储器读取下载的协议软件的特征信息并加载到FPGA高速可编程芯片。

具体的，所述SDR模块还包括USB接口，所述CPU主控单元通过USB接口与所述手持设备连接。

具体的，所述下载模块用于根据用户指令进行解析并下载协议软件至FLASH存储器具体包括：当CPU主控单元收到用户指令为更新协议时，SDR模块进入协议更新状态，下载模块首先下载协议软件的hash值，然后将新协议软件的hash值与RAM内存单元内部保存的hash值比较，若二者相同，则表不下载协议数据；若二者不同，则进一步下载协议软件，下载完毕后将协议软件存储到FLASH存储器。

具体的，所述配置模块用于从FLASH存储器读取下载的协议软件的特征信息并加载到FPGA高速可编程芯片具体包括由设置于配置模块内部的控制程序通过内部总线（如spi）从模块内置FLASH读取FPGA程序数据，写入FPGA程序区，完成FPGA程序录入，激活FPGA进入正常工作状态。

具体的，还包括当CPU主控单元接收到用户指令为收发数据时，SDR模块进入数据收发状态，FPGA高速可编程芯片根据收发数据指令将数据封装成协议数据，通过AD/DA收发器生成射频信号使用当前协议进行数据收发。

本发明的有益效果：本发明根据应用场景不同，下载使用不同的协议支持软件，将通用无线模块配置成指定协议模块，然后完成指定协议的无线通信功能。

附图说明

图1是本发明的设备原理框图；

图2是本发明的通用手持设备使用流程图；

图3是本发明的SDR模块硬件设计框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例中，如图1所示，一种基于SDR的可配置协议通信系统，包括SDR模块和手持设备；其中，SDR模块包括CPU主控单元、FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元、FLASH存储器和AD/DA收发器；CPU主控单元分别与FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元和FLASH存储器连接；FPGA高速可编程芯片分别与AD/DA收发器和RAM内存单元连接；CPU主控单元包括下载模块和配置模块；下载模块用于根据用户指令进行解析并下载协议软件至FLASH存储器；配置模块用于FLASH存储器读取下载的协议软件的特征信息并加载到FPGA高速可编程芯片。

本发明可以采用两种硬件设计使用SDR模块，一种在手持设备上，采用通用无线模块实现无线通信协议，即可获得SDR模块，此种设计包括两方面的优势：首先，通过减少硬件模块的数量，使支持多种无线通信协议的手持设备可以具有更小的硬件体积；其次，因为是通过软件实现无线通信协议，因此理论上可以支持无限种无线通信协议。唯一的限制，就是这些通信协议不能同时使用。如果需要同时支持多种通信协议，可以采用安装多个SDR模块的方式，或者对于使用频率高的硬件协议模块，采用标准芯片实现。

本发明的工作原理是：根据应用场景不同，下载使用不同的协议支持软件，将通用无线模块配置成指定协议模块（SDR模块），然后完成指定协议的无线通信功能。

通用无线模块的工作流程如下：

1.硬件上电、初始化设备。

2.自动加载上次使用的通信协议镜像，如果模块内部有非易失存储，直接模块内部加载，否则需要应用软件控制加载过程。

3.硬件模块初始化、加载完成，进入工作状态，等待用户指令。

4.用户指令分为收发数据以及更换协议两类指令，根据不同指令，执行相应操作。

5.当接收到用户指令为收发数据时，模块进入数据收发状态，使用当前协议进行数据收发，数据收发指令是块操作，由一组独立的收发命令完成，中间过程通过总线通知用户，当所有命令完成，即完成该指令的一次操作，模块退出当前工作状态，进入命令等待状态，等待下次用户操作。

6.当收到用户指令为更新协议时，模块进入协议更新状态，更新协议分为两个步骤，首先下载协议软件hash值，模块将新的协议hash值与模块内部保存的hash值比较，若相同，则表示需要更新的协议，模块内部已经存在，不用下载协议数据。若不同，则进一步下载协议数据，下载完毕后，自动初始化，通知用户，进入命令等待状态。

7.通过hash值验证不是必须的，目的是提升性能，改善用户体验。如果为减少硬件体积或成本，模块内部没有非易失存储器，则省去验证协议过程，每次直接下载协议数据，性能会有一定影响。

本发明采用两种硬件设计使用SDR模块，一种是设计在手持设备的电路板上，适合在设计阶段就已考虑扩展无线协议。另一种是通过手持设备的外部总线，如usb、spi等，连接SDR模块，该方式适合各种手持设备，用户在使用过程中，需要扩展无线通信协议。两种方式下，最终用户的使用方法相同，图2所示为通用手持设备的情况，使用步骤如下：

1.将SDR模块连接手持设备外部接口。

2.通过app store或应用提供商网站，下载需要的通信协议支持软件，配置通用无线模块，如下载蓝牙协议软件，将模块配置为蓝牙通信模块。

3.启动模块，访问其他无线设备，完成设备间通信。

本发明不论采用哪种硬件设计方式，硬件基本原理相同，SDR模块参考硬件设计框图见附图3。该硬件框图主要由CPU主控单元、FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元、FLASH存储器、AD/DA收发器组成，由于现在普遍采用高集成度SOC芯片，可以将CPU+FPGA替换成更高集成度的SOC芯片，其他部分基本相同。该硬件处理过程如下：

1.CPU通过USB接口，接收用户指令，用户需要处理的数据，也通过USB接口进行接收，保存到RAM。

2.解析用户指令，完成协议程序下载到flash、从flash读取协议程序加载到FPGA。

3.CPU向FPGA下达收发数据指令，FPGA根据指令将数据封装成协议数据，通过AD/DA收发器生成射频信号，发射出去。

4.FPGA通过AD/DA收发器接收对端通过射频信号传回数据，进行协议处理保存到RAM。

5.FPGA处理完成后，通知CPU取数据。

CPU从RAM中取出数据，通过USB接口返回用户。

实施例一

本发明的实施方案一，首选设计、制造独立小型模块，通过手持设备外部接口连接到系统中，这种方式通用性最强，可以用于各种手持设备，最常用的接口是usb接口，连接方式采用图2所示的设备连接方式，该实施例有以下几个优点：1.当前市场上的各种手持设备，只要和模块接口匹配，就可以使用该模块。2.已经设计好的电路，不需要重新设计，即可使用该模块。3.因为硬件模块是独立模块，可以通过分线器，同时使用多个硬件模块，使用数量较大。4.硬件模块大小不会对原设备体积造成影响。

此外，本实施例还可采用当前手持设备最常用的usb接口，实施例针对usb接口细化具体的实施过程如下：

首先，根据usb接口要求，手持终端设备在连接SDR模块时，是作为usb的host设备，因此对手持终端设备有一个最基本的要求，就是必须要支持usb host模式。目前大多数手持设备都支持usb otg模式，该模式是采用动态指定设备运行于usb host模式，还是usbslave模式，因此使用usb接口可以基本满足现在市场上大多数手持设备的硬件要求。

其次，如果SDR模块要作的很小，可能就不带电池，这样就需要手持设备供电，需要考虑手持设备的电池电量范围很宽，有的设备的电池电量很大，有的很少，因此在设计SDR模块的时候，需要考虑高低功耗设计，通过配置，可以选择高性能/高功耗、低性能/低功耗等多个运行等级，方便用户根据自己设备情况进行选择。

最后，对于该发明最重要的，就是提供用户更新模块协议的方式。现在互联网非常普及，建立公共的网络平台非常适合向用户提供这样的协议更新服务，同时由于其开放性，容易形成大量开发者（协议提供者）、用户（协议使用者）共生的环境，便于催生出大量新的、便于使用的高性能、低功耗协议。同时也便于找到新的应用场景。这种方式应该是模块提供商有较大意愿采用的方式，也可以由专门的平台提供商，提供模块的软、硬件的提供和购买平台。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.基于SDR的可配置协议通信系统，其特征在于，包括SDR模块和手持设备；其中，SDR模块包括CPU主控单元、FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元、FLASH存储器和AD/DA收发器；CPU主控单元分别与FPGA高速可编程芯片、RAM内存单元和FLASH存储器连接；FPGA高速可编程芯片分别与AD/DA收发器和RAM内存单元连接；CPU主控单元包括下载模块和配置模块；下载模块用于根据用户指令进行解析并下载协议软件至FLASH存储器；配置模块用于FLASH存储器读取下载的协议软件的特征信息并加载到FPGA高速可编程芯片；所述下载模块用于根据用户指令进行解析并下载协议软件至FLASH存储器具体包括：当CPU主控单元收到用户指令为更新协议时，SDR模块进入协议更新状态，下载模块首先下载协议软件的hash值，然后将新协议软件的hash值与RAM内存单元内部保存的hash值比较，若二者相同，则不用下载协议数据；若二者不同，则进一步下载协议软件，下载完毕后将协议软件存储到FLASH存储器；所述配置模块用于从FLASH存储器读取下载的协议软件并加载到FPGA高速可编程芯片，具体包括：配置模块通过内部总线从模块内置FLASH读取FPGA程序数据，写入FPGA程序区，完成FPGA程序录入，激活FPGA进入正常工作状态；还包括当CPU主控单元接收到用户指令为收发数据时，SDR模块进入数据收发状态，FPGA高速可编程芯片根据收发数据指令将数据封装成协议数据，通过AD/DA收发器生成射频信号使用当前协议进行数据收发。

2.根据权利要求1所述的基于SDR的可配置协议通信系统，其特征在于，所述SDR模块还包括USB接口，所述CPU主控单元通过USB接口与所述手持设备连接。