智能无线电技术（3）：软件无线电（SDR）的开发工具 无线电, 技术, 开发, 软件, 智能

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关键字：软件无线电   开发工具   智能无线电技术  
智能无线电技术 -- 第一部分：软件无线电和认知无线电的技术概述及应用；第二部分：详解软件无线电（SDR）架构

3 软件无线电的开发工具

软件无线工作者希望基于一款通用的平台将功能软件化，并可以通过软件升级来完成系统的升级。考虑到软件无线电的软件功能离不开硬件设备，所以关于软件无线电的开发工具，可以分为3 类：

● 底层硬件的程序设计软件。该软件可以用于例如现场可编程逻辑门阵列（FPGA）开发Xilinx ISE 设计套件软件、用于数字信号处理（DSP）开发的TI CCS 软件以及Matlab/Simulink 等。

● 基于特定通用平台的开发软件。这类工具开始具备软件无线电的性质，例如第2 期中提到的基于通用软件无线电外设（USRP）的开源软件定义无线电（GNU Radio）等。

● 基于软件通信体系架构（SCA）的软件无线电（SDR）开发工具。这是最接近软件无线电思想的开发工具，例如开源软件通信体系框架嵌入式解决方案（OSSIE）。

文章主要讨论后两种开发工具以及具有代表性的软件，3.1 节将详细介绍一种第3 类的SCA SDR 开发工具，而3.2 和3.3 介绍了两种第2 类开发工具，希望能给相关工程应用带来一定的指导意义。

3.1 SDR 工具Spectra 与SCA

3.1.1 SCA SDR 的应用前景

随着通信设备一体化和通用化的发展，人们对SDR 软件波形开发提出了要求，例如多种功能波形应用，支持不同平台的移植、模块化等。因此，SCA SDR 的应用优势逐渐凸显，PrismTech 公司的Spectra 工具包括了模型开发工具、自动代码生成、测试框架和操作环境（OE）4 个部分，支持SCA 2.2 和SCA 2.2.2标准的波形组件（也称为波形的逻辑代码的实现）和平台组件的开发。基于SCA 的SDR 将无线通信相关的算法（或设计者的其他算法）封装成波形组件，而各种物理应用平台也被封装成平台组件，直接体现为Spectra CX 软件中的一个组件；可装配多种波形，每个波形应用实现一组特定的功能，在硬件平台具备的基础上，各个波形应用以组件的方式部署到系统的不同节点中。

3.1.2 Spectra CX 波形开发环境

基于Spectra SCA波形的开发环境包括Spectra CX 波形开发工具和针对SDR 硬件平台的Specta OE，包含以下工具：

（1）建模工具。它为SDR 开发人员提供高层抽象、易使用和图形化的建模工具，用于动态地设计波形和平台开发。帮助波形设计人员高效地建立平台独立、可移植的波形模型，并可以映射到不同的平台上。这些工具也能支持可插入地第三方工具，以支持完全的SDR 工具链集成。

（2）源代码生成器。Spectra CX集成了特定语言组件源代码生成器、单元测试生成器等，为波形应用提供了一个完整的开发和测试环境。Spectra 源代码生成器为SDR 组件的针对特定语言代码、描述器和测试代码生成提供了高性能的无错工具。通过将域特定的SDR 模型映射为一系列可执行的、语言特定的文件，这些文件包含了在Spectra OE 上运行的所需要的所有功能。多语言、高效率的自动代码生，从图形化模型生成源代码、描述器和测试代码。与手写代码相比，提高开发效率高达50 倍（几个月的工作缩短到1 天或更少的时间内完成），也使代码具有固有的标准兼容。

（3）测试与验证。提供模型的SCA 兼容性验证，能对对组件或子系统进行SCA 兼容性、功能进行测试，并能提供部署后的实时测试。验证包括应用、平台、部署的验证：模型语法、语义验证；组件、应用、设备和节点的验证；完整SCA 部署的验证等。

（4）Spectra OE。Spectra OE 是一种高性能、低负载SDR 实时运行环境，它支持SCA OE 的要求。它能超过典型的SCA 通用处理器（GPP）边界，为DSP/FPGA 提供一致结构。Spectra OE 是先进和优化的实时运行平台，将应用软件和硬件分离，使应用可以移植，同时也具有最小的可能尺寸、重量和功耗。它为开发人员大幅度减少了实时运行环境的复杂程度，提供了单一的应用程序编程接口（API）。Spectra OE 结合了PrismTech的核心框架（CF）和先进的中间件（e*ORB 与ICO），并根据完全的实时运行结构（CF、中间件和用户传输）从尺寸、重量和性能进行优化。

（5）波形部署监视器。该监视器用于将波形部署到硬件平台上，并能在波形实时运行时，对波形组件参数进行查询、设置等，并能监视系统事件。Spectra CX 的Monitor 可以链接到任何SCA 兼容的操作环境，比如可以运行在装备了PC 兼容的中间件的PC开发主机上。通过这个特点，部署的测试可以在开发周期中大大提前。这个运行时监控器能跟嵌入式目标OE 通信，以便在真实目标上测试。监视器可以通过点击按钮的方式启动或终止多种应用。这样可在SCA平台上加载多种应用，以尽可能的描述域要发生的情况（如组件属性的预设值可以随时修改）。Spectra CX 还能捕获CF 产生的日志，并在SpectraCX 的用户界面中显示出来。

3.1.3 基于Spectra CX 的SDR 开发

SCA SDR 能装配多种波形应用，每个波形应用实现一组特定的功能。在硬件平台具备的基础上，各个波形应用以组件的方式部署到系统的不同节点中。由于不同的波形应用有不同功能和特性，需要分别对每个波形应用依照SCA 规范进行开发。

（1）波形应用开发流程：创建组件— 生成端口— 添加端口属性— 创建应用— 建立组件链接— 创建装配控制器。

（2）节点和平台的开发流程：创建设备— 生成设备接口— 创建设备管理器— 创建域管理器— 创建节点— 将设备管理器、域管理器、设备添加到节点— 创建平台— 将节点添加到平台。

平台是一些节点的集合，由域管理器控制，如图14 所示。设备管理器驻留在其中的一个节点上。节点是计算节点的抽象，是一些设备和服务的集合，由一个设备管理器控制。通过节点可以监视和控制节点的资源状况，实现OE，执行设备管理器以及安装OE&CF 服务，例如公共对象请求代理体系结构（CORBA）、命名服务、FileSystem、Log、事件服务等。




图14 Spectra SCA SDR 波形开发环境



波形在Spectra SCA 架构上的应用的操作步骤如下：

（1）启动硬件平台，启用节点，启动域管理器、设备管理器等；

（2）打开波形部署监视器，添加部署到监视器中；

（3）安装应用程序，创建应用程序，加载波形应用；

（4）停止应用程序，释放应用程序，卸载波形应用；

（5）可以重复步骤3、4，加载、卸载其他波形应用。

用户按照步骤操作，可以完成基于Spectra SCA 的波形部署。以FPGA器件为例，通过上位机操作软件配置不同功能的波形组件，可以完成底层FPGA 代码功能的加载和重新加载，即完成通信功能的设置或变更，例如由发射改为接收或者发射不同的调制信号；从操作人员主观上来看，我们只是修改了软件指定的功能，就完成了底层硬件的各种应用切换，用户层和底层得到了较好的隔离，这就体现出SDR 的软件性质。我们通过软件升级来实现更多的功能，而不必考虑底层的硬件平台，工程师从硬件开发集中到了软件开发，有力地加速了应用开发；更有意义的是，这些软件波形应用对于SDR 硬件平台具有完美的可移植性，避免了代码的重复开发，节省了时间、人力、财力、物力