郭榮新

摘 要：針對(duì)現(xiàn)在無線通信領(lǐng)域存在的一些問題，根據(jù)軟件無線電的基本概念，采用聯(lián)拓公司基于ARM+DSP的LT1801A芯片作為核心芯片，構(gòu)造一個(gè)具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用軟件平臺(tái)，有效的將各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件完成。

關(guān)鍵詞：無線通信 軟件無線電 ARM 模塊化 通用軟件平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（a）-0199-02

軟件無線電[1]是近年來由相關(guān)通信機(jī)構(gòu)提出的一種新的實(shí)現(xiàn)無線通信傳輸?shù)捏w系結(jié)構(gòu)。它的提出目的在于解決現(xiàn)在無線通信領(lǐng)域所存在的一些問題，如：多種通信體系架構(gòu)并存[2]，各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)競爭激烈[3]，頻率資源匱乏等等。特別是隨著無線個(gè)人通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，使得新的系統(tǒng)需求層出不窮，無線電產(chǎn)品生存周期也隨之縮短，原有的以硬件模塊為主的無線通信體系無法快速響應(yīng)這種需求[4]，軟件無線電的概念也便應(yīng)運(yùn)而生。軟件無線電的基本概念是將硬件系統(tǒng)作為無線通信的基本平臺(tái)，而通過軟件實(shí)現(xiàn)盡可能多的無線及個(gè)人通信功能。由此，無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的研發(fā)隨之逐步轉(zhuǎn)到軟件系統(tǒng)上，從而使得無線通信產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值日益明顯的體現(xiàn)在軟件上。這是繼模轉(zhuǎn)數(shù)、固定到移動(dòng)之后，無線電通信領(lǐng)域的再一次重大突破，并將在新世紀(jì)形成巨大的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

系統(tǒng)采用4CPFSK調(diào)制解調(diào)方式[5]，以ARM9和DSP處理器為核心方案。選用聯(lián)拓公司的LT1801A作為核心芯片，該芯片內(nèi)部集成了ARM946E+ZSP400，同時(shí)集成了大量的接口設(shè)備和豐富的外部設(shè)備。本設(shè)計(jì)的目的是搭建一個(gè)具有多種通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)兼?zhèn)淝揖邆洳煌l段的硬件平臺(tái)，該平臺(tái)可利用軟件架構(gòu)完成各種通信功能需求，最大限度的使其成為新一代無線通信系統(tǒng)的大平臺(tái)。平臺(tái)中功能的實(shí)現(xiàn)首先是依靠軟件控制和軟件再定義，然后采用不同的軟件模式實(shí)現(xiàn)不同的需求。所寫軟件可以遠(yuǎn)程再次升級(jí)更新，所設(shè)計(jì)的硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便于擴(kuò)展升級(jí)。

1 4CPFSK調(diào)制解調(diào)

設(shè)計(jì)中所采用的4CPFSK是一種非線性恒包絡(luò)調(diào)制，具有記憶特性。4CPFSK與GMSK調(diào)制方式相比較，同時(shí)也具有頻譜效率高、臨道間相互干擾小的特點(diǎn)；4CPFSK與非恒包絡(luò)調(diào)制方式（如QPSK）相比較[6]，4CPFSK調(diào)制系統(tǒng)中選用工作在C類狀態(tài)的功率放大器，可降低系統(tǒng)功耗。因此4CPFSK廣泛應(yīng)用于軟件無線電系統(tǒng)中。FM調(diào)制器的作用就是將經(jīng)過成形濾波后的采樣點(diǎn)進(jìn)行累加得到發(fā)送所需的相位值，同時(shí)這也保證了相位的連續(xù)性。

為了獲得窄帶輸出的信號(hào)頻譜以及較好的鄰道功率特性，同時(shí)也具備較好的抗干擾性能，設(shè)計(jì)中預(yù)調(diào)濾波器采用平方根升余弦濾波器進(jìn)行低通濾波。

2 軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軟件無線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要分為3部分：軟件無線電專用基帶芯片LT1801A、MMI軟件平臺(tái)、4FSK調(diào)制解調(diào)器以及射頻前端。

基于軟件無線電對(duì)于多媒體多任務(wù)處理的需求，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的MCU處理器選用以ARM946E為核心的LT1801A芯片；同時(shí)，系統(tǒng)必須采用軟件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用中不同的語音、信道編解碼方式以及信令系統(tǒng)。

3 應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)移植

3.1 應(yīng)用軟件平臺(tái)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

應(yīng)用軟件平臺(tái)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

一個(gè)完整的應(yīng)用軟件平臺(tái)系統(tǒng)主要分為兩大部分：底層驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序（App）。兩者之間通過統(tǒng)一的開發(fā)接口API來連接的。

3.2 啟動(dòng)引導(dǎo)程序

啟動(dòng)加載程序是嵌入式系統(tǒng)開機(jī)后運(yùn)行的首個(gè)程序，其作用相當(dāng)于個(gè)人電腦中的BIOS。它完成基本的硬件系統(tǒng)初始化，將軟件系統(tǒng)搬移到RAM中，并將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給啟動(dòng)后的操作系統(tǒng)。

系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，等待SP初始化完成后，發(fā)送消息通知MMI。MMI完成各個(gè)子模塊的初始化后，運(yùn)行開機(jī)畫面。等待操作信號(hào)。SP發(fā)出SP_MMI_INIT_REQ消息，觸發(fā)開機(jī)流程。

3.3 OSE軟件模塊功能描述

OSE模塊位于操作系統(tǒng)模塊與應(yīng)用軟件模塊之間，其主要目的是隔離下層使用的不同的操作系統(tǒng)，完成對(duì)操作系統(tǒng)的各種功能的封裝，可提供對(duì)外的統(tǒng)一接口，并提供統(tǒng)一的任務(wù)注冊(cè)和模塊啟動(dòng)管理，便于上層應(yīng)用軟件的移植和減少對(duì)底層操作系統(tǒng)的依賴。

3.4 驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的基本方式

在應(yīng)用軟件平臺(tái)系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是指一個(gè)動(dòng)態(tài)的可直接調(diào)用的鏈接庫，它所提供的數(shù)據(jù)是底層硬件與操作系統(tǒng)之間，以及相關(guān)運(yùn)行在目標(biāo)設(shè)備上的應(yīng)用程序之間的一個(gè)直觀的抽象層。系統(tǒng)中所包含的各種驅(qū)動(dòng)程序?qū)o償?shù)墓_相應(yīng)名稱的函數(shù)，以及提供各種初始化硬件和與之通信的協(xié)議。系統(tǒng)程序運(yùn)行中使用者可通過調(diào)用LoadLibrary和LoadDriver函數(shù)實(shí)現(xiàn)各種所需驅(qū)動(dòng)程序的加載。

4 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)控制程序

系統(tǒng)中嵌入式處理器和調(diào)制解調(diào)模塊之間的通信方式是基于雙串行接口來實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)傳輸則由通用SPI接口實(shí)現(xiàn)；控制的相關(guān)指令傳輸交由GPIO來實(shí)現(xiàn)；中斷控制器（ICTL）用于控制所有ARM處理器中斷源的模塊?？梢援a(chǎn)生常規(guī)中斷請(qǐng)求（IRQ）和快速中斷請(qǐng)求（FIQ），同時(shí)送給ARM處理器和CPR模塊；時(shí)鐘功耗復(fù)位控制模塊主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘和所有模塊的時(shí)鐘，控制系統(tǒng)復(fù)位，控制系統(tǒng)進(jìn)入不同工作模式[7]。

4.1 FLASH的訪問

根據(jù)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，F(xiàn)LASH驅(qū)動(dòng)軟件模塊的硬件運(yùn)行平臺(tái)為LT1801A中的ARM946E處理器，軟件開發(fā)平臺(tái)可以采用任何通用的ARM集成開發(fā)環(huán)境。FLASH驅(qū)動(dòng)軟件模塊主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)FLASH進(jìn)行讀、寫、擦除等操作，并為用戶提供了兩個(gè)Block，可單獨(dú)對(duì)每個(gè)Block進(jìn)行操作，用戶根據(jù)返回值來判斷操作是否成功。用戶對(duì)FLASH進(jìn)行讀或?qū)懖僮鲿r(shí)，可分別調(diào)用函數(shù)ADRVFlashAPPRead或ADRVFlashAPPWrite函數(shù)，輸入的Block索引和地址偏移量確定了操作Block的絕對(duì)地址，輸入的長度確定了一次操作的字的長度。當(dāng)讀或?qū)懲瓿芍蠓祷夭僮鹘Y(jié)果。對(duì)FLASHBlock域進(jìn)行擦除時(shí)，直接輸入索引號(hào)即可實(shí)現(xiàn)此操作。endprint

4.2 外部存儲(chǔ)器控制器（MEMCTRL）

外部存儲(chǔ)器控制器（MEMCTRL）將外部存儲(chǔ)器映射到芯片內(nèi)部的地址空間，當(dāng)ARM總線對(duì)此地址操作時(shí)，MEMCTRL將總線上的操作轉(zhuǎn)化為對(duì)芯片外部存儲(chǔ)器操作。MEMCTRL內(nèi)部的寄存器控制對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫參數(shù)和時(shí)序。MEMCTRL內(nèi)部寄存器和外部存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)不同的地址區(qū)域。MEMCTRL的MEMORY可以被ARM，DMAC0直接訪問和ZSP，DMAC1跨橋訪問。MEMCTRL包含MEMPIPE模塊，可調(diào)節(jié)讀寫存儲(chǔ)器的時(shí)序。芯片的存儲(chǔ)器IO管腳上電復(fù)位為低阻。MEMCTRL可以控制兩種類型的存儲(chǔ)器：SDRAM（SDR-SDRAM）和靜態(tài)存儲(chǔ)器SM（StaticMemory）—SRAM，F(xiàn)LASH和ROM。

4.3 嵌入式軟件發(fā)射接收鏈路

操作數(shù)據(jù)經(jīng)APP處理后由服務(wù)提供協(xié)議層（SP協(xié)議）分信令和操作維護(hù)兩類消息送至呼叫控制層，呼叫控制層主要負(fù)責(zé)呼叫控制，支持主機(jī)實(shí)現(xiàn)高于第二層的功能和業(yè)務(wù)[8]，為用戶提供對(duì)講機(jī)支持服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈路層則主要處理多用戶傳輸數(shù)據(jù)的共享，語音信息及用戶控制信息經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路層交織編碼后經(jīng)射頻模塊發(fā)送出去。發(fā)送接收部分的空中接口協(xié)議模型中協(xié)議棧分成三個(gè)協(xié)議層和二個(gè)協(xié)議平面。三個(gè)協(xié)議層分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和呼叫控制層。二個(gè)協(xié)議平面分別為用戶平面和控制平面。

5 結(jié)語

本文實(shí)現(xiàn)了一種軟件無線電平臺(tái)的設(shè)計(jì)，以ARM9嵌入式處理器和ZSP400處理器為核心。實(shí)現(xiàn)了基于4CPFSK調(diào)制解調(diào)方式的400～470 MHz射頻通信功能。通過分析與測試，LT1801A發(fā)揮了RAM+DSP結(jié)合的優(yōu)勢，能夠完整的實(shí)現(xiàn)軟件無線電的應(yīng)用，減小系統(tǒng)成本和降低系統(tǒng)功率。通過PC端的寫頻軟件可實(shí)現(xiàn)不同頻段，多通道的軟件無線電系統(tǒng)。經(jīng)測試本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以滿足國家相關(guān)規(guī)定和要求，適用于多種語音和信道編解碼方式以及不同的信令系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊小牛，樓才義.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2001.

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[3] Kondo，Matsuo，Suzuki.Software.De6nedArchitectureConceptforTelecommunication Information System[M].ICC 94.NY：IEEE Press，1994.

[4] （美）米托拉.軟件無線電體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用于無線系統(tǒng)工程中的面向?qū)ο蟮姆椒╗M].趙榮黎，王庭昌，李承恕，譯.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[5] 樊昌信.通信原理[M].6版.北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[6] （美）JeffreyH.Reed.軟件無線電：無線電工程的現(xiàn)代方法[M].陳強(qiáng)，譯.人民郵電出版社，2004.

[7] 夏曉巍.基于移動(dòng)平臺(tái)的北斗應(yīng)急通信系統(tǒng)[J].通信技術(shù)，2013，5（1）：19-23.

[8] 王洪濤.一種適合數(shù)據(jù)鏈的TCP擁塞控制策略[J].通信技術(shù)，2013，5（1）：48-52.endprint

4.2 外部存儲(chǔ)器控制器（MEMCTRL）

外部存儲(chǔ)器控制器（MEMCTRL）將外部存儲(chǔ)器映射到芯片內(nèi)部的地址空間，當(dāng)ARM總線對(duì)此地址操作時(shí)，MEMCTRL將總線上的操作轉(zhuǎn)化為對(duì)芯片外部存儲(chǔ)器操作。MEMCTRL內(nèi)部的寄存器控制對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫參數(shù)和時(shí)序。MEMCTRL內(nèi)部寄存器和外部存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)不同的地址區(qū)域。MEMCTRL的MEMORY可以被ARM，DMAC0直接訪問和ZSP，DMAC1跨橋訪問。MEMCTRL包含MEMPIPE模塊，可調(diào)節(jié)讀寫存儲(chǔ)器的時(shí)序。芯片的存儲(chǔ)器IO管腳上電復(fù)位為低阻。MEMCTRL可以控制兩種類型的存儲(chǔ)器：SDRAM（SDR-SDRAM）和靜態(tài)存儲(chǔ)器SM（StaticMemory）—SRAM，F(xiàn)LASH和ROM。

4.3 嵌入式軟件發(fā)射接收鏈路

操作數(shù)據(jù)經(jīng)APP處理后由服務(wù)提供協(xié)議層（SP協(xié)議）分信令和操作維護(hù)兩類消息送至呼叫控制層，呼叫控制層主要負(fù)責(zé)呼叫控制，支持主機(jī)實(shí)現(xiàn)高于第二層的功能和業(yè)務(wù)[8]，為用戶提供對(duì)講機(jī)支持服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈路層則主要處理多用戶傳輸數(shù)據(jù)的共享，語音信息及用戶控制信息經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路層交織編碼后經(jīng)射頻模塊發(fā)送出去。發(fā)送接收部分的空中接口協(xié)議模型中協(xié)議棧分成三個(gè)協(xié)議層和二個(gè)協(xié)議平面。三個(gè)協(xié)議層分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和呼叫控制層。二個(gè)協(xié)議平面分別為用戶平面和控制平面。

5 結(jié)語

本文實(shí)現(xiàn)了一種軟件無線電平臺(tái)的設(shè)計(jì)，以ARM9嵌入式處理器和ZSP400處理器為核心。實(shí)現(xiàn)了基于4CPFSK調(diào)制解調(diào)方式的400～470 MHz射頻通信功能。通過分析與測試，LT1801A發(fā)揮了RAM+DSP結(jié)合的優(yōu)勢，能夠完整的實(shí)現(xiàn)軟件無線電的應(yīng)用，減小系統(tǒng)成本和降低系統(tǒng)功率。通過PC端的寫頻軟件可實(shí)現(xiàn)不同頻段，多通道的軟件無線電系統(tǒng)。經(jīng)測試本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以滿足國家相關(guān)規(guī)定和要求，適用于多種語音和信道編解碼方式以及不同的信令系統(tǒng)。

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[8] 王洪濤.一種適合數(shù)據(jù)鏈的TCP擁塞控制策略[J].通信技術(shù)，2013，5（1）：48-52.endprint

4.2 外部存儲(chǔ)器控制器（MEMCTRL）

外部存儲(chǔ)器控制器（MEMCTRL）將外部存儲(chǔ)器映射到芯片內(nèi)部的地址空間，當(dāng)ARM總線對(duì)此地址操作時(shí)，MEMCTRL將總線上的操作轉(zhuǎn)化為對(duì)芯片外部存儲(chǔ)器操作。MEMCTRL內(nèi)部的寄存器控制對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫參數(shù)和時(shí)序。MEMCTRL內(nèi)部寄存器和外部存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)不同的地址區(qū)域。MEMCTRL的MEMORY可以被ARM，DMAC0直接訪問和ZSP，DMAC1跨橋訪問。MEMCTRL包含MEMPIPE模塊，可調(diào)節(jié)讀寫存儲(chǔ)器的時(shí)序。芯片的存儲(chǔ)器IO管腳上電復(fù)位為低阻。MEMCTRL可以控制兩種類型的存儲(chǔ)器：SDRAM（SDR-SDRAM）和靜態(tài)存儲(chǔ)器SM（StaticMemory）—SRAM，F(xiàn)LASH和ROM。

4.3 嵌入式軟件發(fā)射接收鏈路

操作數(shù)據(jù)經(jīng)APP處理后由服務(wù)提供協(xié)議層（SP協(xié)議）分信令和操作維護(hù)兩類消息送至呼叫控制層，呼叫控制層主要負(fù)責(zé)呼叫控制，支持主機(jī)實(shí)現(xiàn)高于第二層的功能和業(yè)務(wù)[8]，為用戶提供對(duì)講機(jī)支持服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈路層則主要處理多用戶傳輸數(shù)據(jù)的共享，語音信息及用戶控制信息經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路層交織編碼后經(jīng)射頻模塊發(fā)送出去。發(fā)送接收部分的空中接口協(xié)議模型中協(xié)議棧分成三個(gè)協(xié)議層和二個(gè)協(xié)議平面。三個(gè)協(xié)議層分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和呼叫控制層。二個(gè)協(xié)議平面分別為用戶平面和控制平面。

5 結(jié)語

本文實(shí)現(xiàn)了一種軟件無線電平臺(tái)的設(shè)計(jì)，以ARM9嵌入式處理器和ZSP400處理器為核心。實(shí)現(xiàn)了基于4CPFSK調(diào)制解調(diào)方式的400～470 MHz射頻通信功能。通過分析與測試，LT1801A發(fā)揮了RAM+DSP結(jié)合的優(yōu)勢，能夠完整的實(shí)現(xiàn)軟件無線電的應(yīng)用，減小系統(tǒng)成本和降低系統(tǒng)功率。通過PC端的寫頻軟件可實(shí)現(xiàn)不同頻段，多通道的軟件無線電系統(tǒng)。經(jīng)測試本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以滿足國家相關(guān)規(guī)定和要求，適用于多種語音和信道編解碼方式以及不同的信令系統(tǒng)。

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[8] 王洪濤.一種適合數(shù)據(jù)鏈的TCP擁塞控制策略[J].通信技術(shù)，2013，5（1）：48-52.endprint