SCA平臺ARM組件的設計

陳 星，周勝源，江春燕

（桂林電子科技大學 信息與通信學院，廣西 桂林 541004）

軟件無線電是一個無線通信系統(tǒng)（從低容量的移動電話到高容量的多信道無線電臺）。在這個系統(tǒng)中，可通過在靈活的信號處理硬件上運行專業(yè)的軟件來實現(xiàn)專用的通信和傳輸特性[1]。它和傳統(tǒng)依靠單一的硬件非常不同，其好處是可復用或共享單一系統(tǒng)平臺來完成多種通信目的。實際上，在底層硬件物理限制內(nèi)，任何通信任務都可以通過加載軟件來實現(xiàn)，包括廣泛的領域升級和維護。

SCA的出現(xiàn)使得軟件無線電的民用成為現(xiàn)實，SCA是通信平臺組件可移植性、可交換性、互用性、軟件可重用性、體系結(jié)構(gòu)可擴展性的一個標準，這個標準主要體現(xiàn)在以下4個方面[2]：1）使移植費用降到最低；2）使一個波形應用在不同廠商的多個平臺（比如操作系統(tǒng)、硬件、主機環(huán)境）上能實現(xiàn)最大無縫移植；3）多使用和重用即插即用組件來建立波形；4）支持通信平臺體系結(jié)構(gòu)可擴展性，這樣從手持到基站都使用同樣的體系結(jié)構(gòu)。

SCA的開發(fā)主要包括以下3點：1）核心框架的設計，核心框架是SCA系統(tǒng)的核心，通常選用成熟的核心框架產(chǎn)品，而不是開發(fā)新的核心框架實現(xiàn)；2）設備節(jié)點開發(fā)和波形應用開發(fā)；3）系統(tǒng)集成，主要是把上兩步中的核心框架和設備節(jié)點，波形應用集成到一個系統(tǒng)。

1 SCA節(jié)點開發(fā)

在SCA體系結(jié)構(gòu)中，Node（節(jié)點）是指注冊在同一個Device Manager（設備管理器）上的一系列Device（邏輯設備），包括GPP，DSP，F(xiàn)PGA，聲卡等。一個實際的基于SCA的軟件無線電電臺，是由一個或多個節(jié)點構(gòu)成的，每個節(jié)點包含一個設備管理器，管理本節(jié)點內(nèi)的所有設備和服務，完成相應的功能。圖1所示為SCA節(jié)點設計框圖。

圖1 SCA節(jié)點設計框圖

整個軟件無線電電臺由圖1中虛線框中所示的實際硬件設備構(gòu)成[3]，按SCA規(guī)范分為Device（如I/O設備，聲卡設備等），Loadable Device（可加載設備）和Executable Device（可執(zhí)行設備）3類。SCA節(jié)點運行在Executable Device上。然后對組件進行封裝：對每一個Device組件，都需要根據(jù)SCA體系里規(guī)定的API完成所有的實現(xiàn)，然后對文件進行編譯，最后設計邏輯設備的各種端口（Port）以實現(xiàn)與其他組件之間的數(shù)據(jù)通信。

2 ARM組件的設計

一個設備組件的設計工作包括兩大部分：一是設備組件的API（應用程序編程接口）實現(xiàn)，二是組件的端口和屬性設計。接下來將按照這兩個方面介紹ARM組件的設計。表1給出了ARM組件端口與屬性設計。

表1 ARM組件端口與屬性設計

2.1 ARM組件API的實現(xiàn)

根據(jù)可執(zhí)行設備在SCA體系中的繼承關(guān)系，結(jié)合系統(tǒng)設計，得到所需的設備組件API，并逐步實現(xiàn)所有的接口。然后，根據(jù)設備的功能需求以及動態(tài)調(diào)整設備屬性等需要，完成對該設備組件的端口和屬性的設計。按照SCA標準，ARM API如圖2所示。邏輯設備接口（Device）是實際硬件的邏輯設備，它需要根據(jù)SCA體系里規(guī)定的API完成所有的實現(xiàn)，通過API與時間的硬件設備通信。再通過LoadDevice來加載執(zhí)行設備，ARM處理器屬于執(zhí)行設備。在設計中需要注意組件的屬性和操作，應根據(jù)其API詳細分析，這將直接影響上層波形應用對底層硬件的操作[4]。

圖2 ARM API

2.2 ARM組件的端口和屬性

作為SCA系統(tǒng)的一個邏輯設備，它需要有各種端口（Port）以實現(xiàn)與其他組件之間的數(shù)據(jù)通信，以及各種屬性（Property），以便在系統(tǒng)運行階段實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整組件乃至整個波形的功能。可執(zhí)行組件主要用于在其上運行其他設備代理以及波形組件，它無需與其他組件進行直接的數(shù)據(jù)通信，所以不需要為它設計輸入輸出的端口，只需要保留與SCA體系里相關(guān)服務的連接端口。

3 結(jié) 論

本文給出了具有SCA功能的軟件無線電平臺中核心設備ARM處理器的設備組件設計[5]，通過對其進行組件封裝，使得CF可以通過邏輯設備的相關(guān)API控制實際設備的行為，以完成整個系統(tǒng)預定的功能，SCA系統(tǒng)中波形應用通過設備組件以透明的方式使用硬件設備提供的功能。當然還有很多組件需要封裝設計，如DSP，F(xiàn)PGA，聲卡等，通過這些設計可以保證無線電平臺上波形應用實現(xiàn)在不同操作系統(tǒng)和各種調(diào)制方式間進行移植[6]。

[1]Neli Hayes.The JTRS SCA specification-the past，the present，and the future[A].The Boeing Company，2005.

[2]John Bard，Vincent J，Kovarik Jr.Software defined radio[M].The Software Communications Architecture，2007.

[3]Walter Tuttlebee.軟件無線電技術(shù)與實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)版社，2004.

[4]Modular Software-programmable Radio Consortium.Software communication architecture specification （Version 2.2）[S].Washington：JTRS Joint Program Office，2001.

[5]TI.TMS320DM6446 digital media system-on-chip[EB/OL].（2008-03-20）[2010-01-20].http：//focus.ti.com/lit/ds/symlink/tms320dm6446.pdf.

[6]Sabri Murat Bicer.A software communications architecture compliant software defined radio implementation[A].Northeastern University Boston，2002.