SCA在軟件無線電里面的應(yīng)用

1、SCA在軟件無線電中的應(yīng)用摘要軟件通信體系結(jié)構(gòu)(SCA)系統(tǒng)功能的實現(xiàn)不依賴于具體硬件的功能，而主要在于波形應(yīng)用的開發(fā)。為了使應(yīng)用的開發(fā)擺脫底層硬件的制約，使應(yīng)用能通過一個統(tǒng)一的接口調(diào)用硬件設(shè)備，在SCA系統(tǒng)里定義了設(shè)備接口。設(shè)備接口組件對底層硬件的屏蔽能夠?qū)崿F(xiàn)上層應(yīng)用設(shè)計與底層硬件的分離，從而實現(xiàn)軟件波形的跨平臺性、可移植性和通用性特點。關(guān)鍵字：SCA，設(shè)備，軟件無線電一 SCA出現(xiàn)的背景與規(guī)范軟件無線電(Software Radio)或者稱為軟件可定義的無線電(Soft-Defined Radio)是指用軟件定義的、能實現(xiàn)多種功能的無線電通訊系統(tǒng)，是20世紀90年代以后逐漸興起的一種全新的

2、設(shè)計思想，其完整的概念和結(jié)構(gòu)體系是由美國科學家Jeo Mitola于1992年5月明確提出的，其核心思想是構(gòu)造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，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)議等用軟件來完成，加載不同的通信軟件以實現(xiàn)不同的通信模式和功能。軟件無線電還有以下特點。將通訊業(yè)務(wù)功能從硬件方式解放出來，僅通過裝載不同軟件來動態(tài)配置系統(tǒng)功能，通信系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)主要成為軟件的研究和開發(fā)，極大縮短了通信系統(tǒng)的研發(fā)周期和成本。通過升級系統(tǒng)所裝載的軟件來達到對系統(tǒng)功能的更新和升級。如果要實現(xiàn)新的業(yè)務(wù)或調(diào)制方式只要增加一個新的軟件模塊即可，而軟件的加載和更新可以通過空

3、中接口來實現(xiàn)，更加靈活方便。軟件無線電由于采用了標準化、模塊化的結(jié)構(gòu)，支持不同電臺系統(tǒng)互連互通，使原來獨立運行的不同電臺系統(tǒng)能傳遞信息，不僅能和新體制電臺通信還能和舊體制電臺兼容。由于軟件無線電的諸多優(yōu)點，美軍的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)(Joint Tactical Radio System一一JTRS)計劃采用了軟件無線電的設(shè)計思想，定義了軟件通信體系結(jié)構(gòu)(Software Communications Architecture一一SCA)規(guī)范。SCA按照如下標準來構(gòu)造：支持應(yīng)用軟件在不同SCA實現(xiàn)間的可移植性;采用商用標準來降低開發(fā)成本;通過復(fù)用設(shè)計模塊來減少新的波形的開發(fā)周期;基于不斷改進的商

4、用框架和結(jié)構(gòu)。SCA規(guī)范根據(jù)開發(fā)JTRS軟件可配置無線電臺的基本需求建立了應(yīng)用獨立的框架。這些需求由接口規(guī)范、應(yīng)用程序接口(APIs、行為規(guī)范和規(guī)則組成。規(guī)范的目標是確保軟件和硬件的可移植性與可配置性，以及按照SCA規(guī)范所開發(fā)產(chǎn)品間的互操作性。SCA規(guī)范將SCA定義為一個分層結(jié)構(gòu)，自下而上分別為設(shè)備驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層、CORBA中間件層、應(yīng)用環(huán)境描述、框架控制服務(wù)接口和波形應(yīng)用組件。如圖1.1所示。圖1.1 SCA分層結(jié)構(gòu)圖SCA功能的實現(xiàn)不依賴于具體的硬件，但是SCA系統(tǒng)總是運行于各種各樣的實際硬件平臺之上，在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中需要對不同的硬件設(shè)備開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動程序，以完成分層結(jié)構(gòu)中設(shè)備驅(qū)動層

5、的實現(xiàn)。但是設(shè)備驅(qū)動層所提供的功能調(diào)用與具體硬件有關(guān)，傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)過程中，應(yīng)用開發(fā)者總是不得不關(guān)注底層硬件的實現(xiàn)，當硬件發(fā)生改變時，上層應(yīng)用也不得不做出相應(yīng)的修改，這帶來系統(tǒng)可移植性和通用性的下降，也使應(yīng)用開發(fā)周期變長。為了解決這一問題，實現(xiàn)軟件波形的跨平臺性、可移植性和通用性，在SCA的系統(tǒng)里使用設(shè)備接口組件實現(xiàn)對底層硬件驅(qū)動進行屏蔽，達到上層應(yīng)用設(shè)計與底層硬件的分離。因此在SCA的開發(fā)過程中，設(shè)備驅(qū)動開發(fā)者必須完成硬件驅(qū)動設(shè)計和設(shè)備組件實現(xiàn)兩方而的工作。二SCA在軟件無線電中的應(yīng)用2.1軟件通信體系結(jié)構(gòu)SCA是一種開放的通用體系結(jié)構(gòu)，它提供了一個標準的、開放的、可互操作的無線電通信軟件平

6、臺。通過該軟件平臺，底層硬件與實現(xiàn)波形功能的軟件相互隔離，從而實現(xiàn)通信軟件和硬件的可移植性、可配置性、可擴充性和可重用性。2.1.1硬件體系結(jié)構(gòu)硬件體系結(jié)構(gòu)的定義采用了而向?qū)ο蟮姆绞剑浣Y(jié)構(gòu)以類和屬性繼承的方式包括了在所有應(yīng)用領(lǐng)域中通用的硬件。實際應(yīng)用中的硬件需求千差萬別，一個統(tǒng)一的硬件平臺不可實現(xiàn)所有的功能和應(yīng)用。采用而向?qū)ο蟮挠布w系結(jié)構(gòu)可以使不同的硬件實現(xiàn)納入一個統(tǒng)一的框架內(nèi)，框架通過不同的接口、屬性和方法來定義不同的硬件。硬件體系結(jié)構(gòu)可以通過樹形結(jié)構(gòu)的硬件類來表示，如圖2.1所示。圖2.1硬件體系結(jié)構(gòu)在最頂層，硬件體系結(jié)構(gòu)類包括機箱類和硬件模塊類，而硬件模塊類又派生出射頻、調(diào)制解調(diào)、處

7、理器、信息安全、輸入輸出、電源、定位模塊等子類。硬件子類繼承了硬件模塊類的所有屬性。并且在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實際硬件的需要，還可按照類似的方法進行擴展，得到滿足不同需求的子類。這種子類的劃分方法子類是依據(jù)硬件模塊的物理屬性和接口特性，強調(diào)了硬件模塊的物理屬性及其實現(xiàn)的繼承類，而不是功能的配置。這樣，硬件模塊的設(shè)計和實現(xiàn)更具有通用性和開放性，降低了系統(tǒng)成本。2.1.2軟件體系結(jié)構(gòu)SCA是根據(jù)JTRS開發(fā)軟件可配置無線電臺的基本需求而建立的應(yīng)用獨立的框架，是為保證硬件設(shè)備通用性和整個系統(tǒng)的開放型及可擴展性而設(shè)計的。SCA系統(tǒng)定義了一個以軟件為核心、求硬件結(jié)構(gòu)通用化的無線信號處理平臺。SCA軟件體系結(jié)構(gòu)

8、如圖2.2所示。圖2.2 SCA軟件體系結(jié)構(gòu)如圖SCA的軟件體系結(jié)構(gòu)分成6層： 總線驅(qū)動和板級硬件驅(qū)動層整個軟件結(jié)構(gòu)可以運行在一些商業(yè)總線之上，其中，操作環(huán)境(OE)為應(yīng)用軟件的運行提供了可靠的傳輸機制，包括在總線支持級的錯誤檢測和糾正。在SCA系統(tǒng)中，可以采用的總線有VME,PCI,CompactPCI,Firewire ,(IEEE-1394)，和Ethernet等。且紅方和黑方子系統(tǒng)中可以使用不同的總線結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)絡(luò)和串行接口服務(wù)層SCA軟件體系結(jié)構(gòu)依賴于商業(yè)構(gòu)件來支持多種獨特的串行和網(wǎng)絡(luò)接口，如RS-232,RS422, RS423, RS485, Ethernet和802. x等。為了

9、支持這些接口，各種低級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以被使用，包括即PPP, SLIP, LAPx等。 POSIX操作系統(tǒng)接口層實時嵌入式操作系統(tǒng)可以為應(yīng)用程序(包括CF)提供多進程、多線程的支持，它可以屏蔽不同硬件平臺間的差異，為上層軟件提供標準的硬件訪問接口和其它的基本操作系統(tǒng)服務(wù)，使得上層應(yīng)用軟件具有設(shè)備無關(guān)性。實時嵌入式操作系統(tǒng)為應(yīng)用開發(fā)和測試提供了豐富的接口和可靠的保證，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要一個標準的操作系統(tǒng)接口來為操作系統(tǒng)服務(wù)，以增加應(yīng)用的可移植性。 CORBA中間件層CORBA在CF中擔當著分布式處理環(huán)境中的消息傳遞功能，它是一個跨平臺的技術(shù)，在分布式處理環(huán)境中，能用于標準化客戶端與服務(wù)端的操作。由于分

10、布式處理是SCA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，而CORBA又是一個廣泛使用的中間件技術(shù)，所以在SCA中采用CORBA來提供分布式處理。 核心框架層核心框架CF是應(yīng)用層接口和服務(wù)的基本“核心”集，為波形應(yīng)用軟件設(shè)計者提供底層軟件和硬件層的抽象，為波形應(yīng)用組件的開發(fā)提供基本的接口和服務(wù)，并提供對整個波形應(yīng)用的安裝、卸載、配置和管理等。核心框架按功能劃分由基本應(yīng)用接口、框架控制接口、框架服務(wù)接口和域描述文件幾個部分組成。 應(yīng)用層應(yīng)用層負責用戶通信功能，包括modem級的數(shù)字信號處理，連接級的協(xié)議處理，網(wǎng)絡(luò)級的協(xié)議處理，互聯(lián)網(wǎng)路由，外部I/O訪問，安全處理和嵌入式應(yīng)用等，它需要使用CF中的接口和服務(wù)。其中前五層共同

11、構(gòu)成一個通用的軟件平臺，為應(yīng)用層的波形開發(fā)提供了統(tǒng)一的、開放的底層支持和服務(wù)。使波形應(yīng)用開發(fā)具有最高的效率和最大的可移植性以及可重用性。采用如圖2.2所示的軟件體系結(jié)構(gòu)可以最大化利用一些現(xiàn)成的商用協(xié)議、軟件和產(chǎn)品，通過分層的、開放的商用基礎(chǔ)軟件能將將核心應(yīng)用和非核心應(yīng)用與底層硬件分離開，通過CORBA中間件技術(shù)提供分布式的處理環(huán)境，能提高波形應(yīng)用軟件的可移植性、可重用性和可擴展性。2.2 SCA設(shè)備接口核心框架(Core Framework一一CF)是一個結(jié)構(gòu)概念，它定義了應(yīng)用層接口和服務(wù)的基本核心集，在波形應(yīng)用的開發(fā)過程中，為了使所開發(fā)的應(yīng)用組件能納入到核心框架中進行管理，應(yīng)用組件必須嚴格按

12、照核心框架中的接口定義、接口操作行為定義和配置描述文件定義進行開發(fā)，否則，所開發(fā)的波形應(yīng)用組件就不符合SCA規(guī)范，此組件也不是SCA兼容的。核心框架由核心框架接口部分和域描述文件部分組成，共同建立了一個構(gòu)建應(yīng)用的信息基礎(chǔ)。其中，核心框架接口是在滿足SCA規(guī)范的條件下定義的，包括基本應(yīng)用接口、框架控制接口、框架服務(wù)接口三部分。2.2.1核心框架的結(jié)構(gòu)關(guān)系核心框架CF包括了核心應(yīng)用服務(wù)所涉及每一個接口的詳細定義。圖2.3描述了CF中各個接口間的IDL關(guān)系。圖2.3核心框架中各接口間關(guān)系的IDL描述從圖中可以看出，在SCA中，Domain Manager是SCA體系結(jié)構(gòu)中進行整個域管理的核心，用來控

13、制和配置系統(tǒng)域，管理著Applications , Application Factories和Device Managers。Application Factory采用工廠設(shè)計模式(Factory Design Pattern)，實現(xiàn)其創(chuàng)建接口以在域內(nèi)創(chuàng)建一個指定類型的Application，軟件描述決定由Application Factory創(chuàng)建的Application類型。Application接口提供了對域內(nèi)實例化應(yīng)用程序的控制、配置和狀態(tài)查詢，Application由一個或多個軟件Resource組成。Resource由LifeCycle, TestableObject, PortS

14、upplier和PropertySet等基本應(yīng)用接口提供的操作和屬性建立了一個用來與SCA環(huán)境中的任何資源交互的公共方法。Port可被用于在資源和設(shè)備之間推或拉信息，一個資源可以包括0個或多個輸入和輸出信息端口。設(shè)備管理由DeviceManager接口完成，它負責創(chuàng)建邏輯Device和在這些邏輯Device上創(chuàng)建服務(wù)應(yīng)用。Device繼承自Resource，是應(yīng)用中作為實際硬件設(shè)備軟件代理的資源，LoadableDevice、ExecutableDevice接口通過增加軟件的特定行為擴展了Device接口。文件服務(wù)接口(File, FileSystem和FileManager)主要用來安裝、刪

15、除系統(tǒng)內(nèi)的各種文件，并提供分布式文件系統(tǒng)訪問的功能。2.2.2設(shè)備接口1. Device接口Device是域內(nèi)的一種Resource，它滿足Resource接口中所描述的標準，是應(yīng)用中作為實際硬件設(shè)備軟件代理的資源，此外，它為域內(nèi)的邏輯Device定義了額外的性能和屬性。邏輯Device是一套(零個或多個)硬件設(shè)備的功能抽象，提供軟件描述功能，狀態(tài)管理和屬性與性能操作的屬性。這些capacity是在軟件描述中描述的，各設(shè)備間不同，一個Device可以有多種可分配的capacity，每個都有其各自唯一的capacity模型。Device接口的UML模型描述如圖2.4所示。在Device接口中，只

16、讀的UsageState屬性包含Device的使用狀態(tài)(IDLE, ACTIVE或BUSY)。UsageState屬性表明在一個特定的時刻Device是否處于活動的使用狀態(tài)，如果是，還有沒有可分配的剩余capacitiy, adminState屬性包含了Device的管理狀態(tài)值，該屬性只允許被設(shè)為LOCKED和UNLOCKED兩種值，當原來為“UNLOCKED”時，則可將之設(shè)為“LOCKED;當原來為“LOCKED”或“SHUTTING_ DOWN”時，則可將之設(shè)為“UNLOCKED，非法的狀態(tài)改變命令將被忽略。只讀operationalState屬性表示Device的操作狀態(tài)(ENABLED

17、或DISABLE)。操作狀態(tài)描述了Device是不是起作用。此外，softwareProfile屬性是邏輯Device的XML軟件描述。只讀label屬性包含Device的標簽。label屬性是賦給Device的有意義的名字，該屬性能在系統(tǒng)內(nèi)傳送位置信息。在Device接口擁有兩個特定的操作，其中allocateCapacity操作將根據(jù)輸入的capacities參數(shù)減少Device的當前capacities，并根據(jù)是否還有足夠的capacity可分配來設(shè)置usageState的值。deallocateCapacity操作提供將capacities返回給Device的機制，以供其他用戶使用。圖

18、2.4 Device接口的UML描述Device接口是一個通用設(shè)備接口，所有其他的設(shè)備接口均由此派生。對于簡單的設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)、串口等，Device接口定義的屬性操作以足夠使用，但是如果硬件設(shè)備還能實現(xiàn)其他功能，例如夠執(zhí)行程序，就必須定義LoadableDevice和ExecutableDevice接口。2. LoadableDevice接口LoadableDevice接口繼承自Device，并通過增加軟件加載和卸載行為擴展了Device接口，其UML類圖如圖2. 5所示。相比于Device接口，LoadableDevice接口多處了load和unload兩個操作，它適用于那些能夠加載程序的硬件

19、設(shè)備，例如存儲器,CPU, DSP和FPGA等。load操作提供了在指定設(shè)備(Device)上加載軟件的機制。如果設(shè)備是一個ExecutableDevice，加載后的軟件就可以在設(shè)備上按順序執(zhí)行。load操作通過的FileSystem參數(shù)來檢索文件，并將由loadKind和fileName參數(shù)所指定的文件加載到指定的設(shè)備上。load操作支持在Device軟件描述文件中LoadType分配屬性中所說明的加載類型。to ad操作將跟蹤一個文件被成功加載的次數(shù)，當一個文件被加載時，load操作將加載文件計數(shù)器加一，若程序再次調(diào)用load操作加載同一文件，這僅將加載文件技術(shù)器加一，而不再進行實際的文件

20、加載操作。圖2.5 LoadableDevice接口的UML描述unload操作負責將指定的己加載文件從設(shè)備卸載。unload操作被調(diào)用時，在加載文件計數(shù)器里將filename參數(shù)所指定文件的加載數(shù)減1，當加載數(shù)等于零時，unload操作將卸載Device上的應(yīng)用程序軟件。3. ExecutableDevice接口與存儲器一類的設(shè)備不同，類似于DSP或FPGA這樣的設(shè)備加載程序的目的是為了進一步進行執(zhí)行程序，為了從功能上劃分這兩種不同的設(shè)備，核心框架定義ExecutableDevice接口來實現(xiàn)設(shè)備上程序的運行控制。 ExecutableDevice接口繼承自LoadableDevice，并通

21、過向Device添加執(zhí)行和結(jié)束操作，擴展了LoadableDevice的接口。其UML類圖如圖2.6所示。execute操作提供了在設(shè)備上啟動和執(zhí)行進程/線程的機制。使用所輸入的參數(shù)和選項來執(zhí)行由name參數(shù)所指定的函數(shù)或文件，name參數(shù)是一個函數(shù)還是一個文件名，由設(shè)備自身特點和具體實現(xiàn)決定。execute操作的option參數(shù)指定所運行程序的堆棧和優(yōu)先級，parameters參數(shù)是程序運行所需的執(zhí)行參數(shù)，它們設(shè)置程序運行的具體信息。parameters參數(shù)通過解析XML文件得到，如何傳遞給應(yīng)用程序跟設(shè)備的具體實現(xiàn)有關(guān)。terminate操作提供了終止指定設(shè)備上以execute操作所啟動的進

22、程或線程運行的機制。processId指明了需要停止的進程或線程的ID號。該操作的實現(xiàn)也倚賴于設(shè)備的具體實現(xiàn)。圖2.6 ExecutableDevice接口的UML描述2.3基帶板系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)2.3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)基帶板主要完成通信系統(tǒng)中基帶信號的調(diào)制解調(diào)功能，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖2.7基帶板硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖從SCA核心框架設(shè)備接口的角度出發(fā)，基帶板上存在并需要進行封裝的設(shè)備有MPC8260 CPU, DSP, FPGA、串口和網(wǎng)絡(luò)接口。其中，串口和網(wǎng)絡(luò)接口繼承并實現(xiàn)Device接口的屬性和操作，MPC8260 CPU, DSP和FPGA繼承并實現(xiàn)ExecutableDevice接口的屬性和

23、操作。根據(jù)系統(tǒng)的目前設(shè)計，實現(xiàn)不同波形應(yīng)用動態(tài)加載的關(guān)鍵是在DSP可執(zhí)行設(shè)備的實現(xiàn)上，因此主要工作是完成DSP的動態(tài)加載和相應(yīng)設(shè)備組件的實現(xiàn)。此外還實現(xiàn)基帶板上FPGA、串口和網(wǎng)絡(luò)接口的硬件設(shè)備封裝。2.3.2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)基帶板的軟件系統(tǒng)可分為操作系統(tǒng)、SCA核心框架、CORBA目標請求代理(TAO),設(shè)備驅(qū)動與邏輯設(shè)備以及波形應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2.8所示。圖2.8軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2.8軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中操作系統(tǒng)采用VxWork嵌入式實時操作系統(tǒng)，TCP/IP協(xié)議棧由操作由操作系統(tǒng)提供。VxWork是一款優(yōu)秀的硬實時嵌入式操作系統(tǒng)，具有較好的可剪裁能力和兼容性，支持應(yīng)用程序的動態(tài)連接和動態(tài)

24、下載，支持ANSI C標準。其TCP/IP協(xié)議棧在保持與BSD4.4版本的TC P/IP兼容基礎(chǔ)上，在實時方而有較大提高。CORBA目標請求代理作為通信的中間件，用來分離應(yīng)用層和底層硬件、協(xié)議棧和操作系統(tǒng)。CORBA能把應(yīng)用程序與所依附的系統(tǒng)較低層細節(jié)隔開，屏蔽了異構(gòu)平臺間操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的不同，屏蔽了處理器間通訊方式的不同，屏蔽了底層系統(tǒng)平臺的實現(xiàn)細節(jié)。CORBA支持在不同編程語言所開發(fā)的應(yīng)用組件間進行無縫通訊，從而使軟件開發(fā)者可以方便的訪問多種異構(gòu)平臺上的對象和資源，CORBA的平臺無關(guān)性使其能廣泛在不同網(wǎng)絡(luò)間、不同機器間和不同操作系統(tǒng)間實現(xiàn)分布式對象的互操作，從而提高軟件的可重用性。設(shè)

25、備驅(qū)動屏蔽硬件底層操作細節(jié)，為上層應(yīng)用提供操作硬件設(shè)備的手段和方法。在基帶板上，主要是按照SCA的需求實現(xiàn)DSP和FPGA的動態(tài)加載，從而可實現(xiàn)不同波形應(yīng)用的可配置性。邏輯設(shè)備是實際硬件設(shè)備的軟件代理，按照SCA規(guī)范將設(shè)備驅(qū)動進行封裝實現(xiàn)。核心框架和波形應(yīng)用組件對實際硬件設(shè)備的操作都通過邏輯設(shè)備實現(xiàn)。通過使用邏輯設(shè)備，波形開發(fā)者不必關(guān)心硬件的實現(xiàn)細節(jié)，設(shè)備驅(qū)動開發(fā)者也不必了解具體的波形應(yīng)用，能夠提高波形應(yīng)用的可移植性?；鶐О迳蠈⑦\行多種通信體制的波形應(yīng)用，目前主要是實現(xiàn)OFDM波形。在MPC8260上運行VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)、CORBA ( TAO)以及波形應(yīng)用的組件和DSP上波形

26、組件的組件代理。基帶板上的串口和以太網(wǎng)口可抽象為I/O邏輯設(shè)備，DSP和FPGA抽象為可執(zhí)行設(shè)備，并作為系統(tǒng)中的設(shè)備組件由系統(tǒng)通過核心框架基本應(yīng)用接口進行管理并為OFDM波形所用。三 對SCA在軟件無線電中應(yīng)用評價及我的觀點軟件無線電技術(shù)解決了傳統(tǒng)無線電設(shè)備的兼容與互操作、系統(tǒng)的升級等問題，擺脫過去那種集中于硬件設(shè)計的無線電系統(tǒng)設(shè)計方法，實現(xiàn)波形生成、處理、加密、調(diào)制解調(diào)及其他通信功能的軟件化，實現(xiàn)軟件與特定硬件無關(guān)的解決方案;提供給用戶一種能動態(tài)改變無線電設(shè)備功能的能力并支持系統(tǒng)具有實現(xiàn)一個到多個通信通道的能力。軟件通信體系結(jié)構(gòu)(SCA)是美國國防部JTRS計劃中為了實現(xiàn)軟件無線電而提出的一

27、系列規(guī)范，是實現(xiàn)軟件無線電概念的具體設(shè)計結(jié)構(gòu)和核心，決定著軟件無線電的功能實現(xiàn)，具有硬件通用化，軟件層次化、功能化的特點。在SCA中引入邏輯設(shè)備的概念。邏輯設(shè)備是實際硬件設(shè)備的軟件代理。實際硬件設(shè)備必須在系統(tǒng)嵌入式處理器上運行一個對應(yīng)的邏輯設(shè)備，以便其它SCA設(shè)備和應(yīng)用程序通過該邏輯設(shè)備訪問硬件。邏輯設(shè)備的實現(xiàn)基于硬件設(shè)備驅(qū)動，將硬件抽象為系統(tǒng)中的一個組件。邏輯設(shè)備屏蔽了硬件驅(qū)動，核心框架的基本應(yīng)用接口通過邏輯設(shè)備即可控制實際硬件，這樣一來，波形開發(fā)者不必關(guān)心硬件的實現(xiàn)細節(jié)，設(shè)備驅(qū)動開發(fā)者也不必了解具體的波形應(yīng)用，能夠提高波形應(yīng)用的可移植性。能夠根據(jù)用需要加載不同的波形應(yīng)用是實現(xiàn)SCA系統(tǒng)功能

28、的一個重要基礎(chǔ)。研究了DSP和FPGA動態(tài)加載的原理和實現(xiàn)過程，為波形應(yīng)用的可配置性提供了底層驅(qū)動支持。參考我們學長林志堂的文章，他提出了采用文件管理方法實現(xiàn)一種新的軟件加載模式,設(shè)計出來的軟件加載模式具有高度靈活性和可移植性等優(yōu)點, 同時符合SCA 規(guī)范。其能應(yīng)用于需要多FPGA 配置、 大數(shù)據(jù)量和高速配置的軟件無線電系統(tǒng)中。很多文章還分析了邏輯設(shè)備的實現(xiàn)即設(shè)備封裝的一般理論，完成DSP可執(zhí)行設(shè)備組件、FPGA可執(zhí)行設(shè)備組件、網(wǎng)絡(luò)組件和串口組件的實現(xiàn)。波形應(yīng)用通過調(diào)用這些邏輯設(shè)備組件，能夠透明地使用硬件資源提供的各種功能。一些文章提出了一套SCA規(guī)范域描述文件生成的可視化解決方案。軟件無線電

29、應(yīng)用開發(fā)者可以通過圖形拖拽的方式構(gòu)建整個應(yīng)用并生成域描述文件，并可以直觀的監(jiān)控應(yīng)用運行的狀態(tài)。針對軟件無線電應(yīng)用開發(fā)中域描述文件編寫的復(fù)雜性，提出了一種域描述文件生成的可視化解決方案，設(shè)計并實現(xiàn)了基于SCA的軟件無線電應(yīng)用可視化編輯器。一些文章還提出HAL-C，它引入既能在組件開發(fā)中保持SCA體系的完整性代理組件與其它通用組件有相似的接口，又能給組件開發(fā)帶來便利與底層硬件細節(jié)分離。硬件抽象層連接在專用硬件DSP, FPGA上的實現(xiàn)過程和方法。HAL-C在未來無線系統(tǒng)應(yīng)用中的作用將越來越大，將來很可能出現(xiàn)硬件中間件的概念，就是把HAL-C進一步綜合、細化，增加新的功能等等。硬件抽象層連接只是一個

30、起步階段，隨著微電子技術(shù)的升級進步，HAL-C的思想將會有廣闊的發(fā)展空間。目前，盡管實現(xiàn)的設(shè)備組件能夠滿足當前需求，但隨著軟件無線電技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，軟件無線電有朝射頻發(fā)展的趨勢，人們也希望通過SCA能同時將中頻板，MAC板等通信系統(tǒng)中其他組成部分納入SCA體系進行統(tǒng)一管理，這就需要進一步針對不同的硬件開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動，并將其封裝為SCA系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備組件。同時在通用性方面，波形算法的跨平臺移植問題，目前不同的硬件還需要不同的驅(qū)動程序來操作，即使是同一種類型硬件的不同型號，其具體操作也存在很大差異。人們希望未來實際的通信系統(tǒng)根據(jù)能需要采用不同的硬件系統(tǒng)，在這種情況下如何對

31、設(shè)備組件的結(jié)構(gòu)進行分層設(shè)計，使得SCA軟件系統(tǒng)運行于不同硬件平臺上時，所作的移植工作最小，是將來工作中值得關(guān)注的重要問題。目前SCA對上層軟件的設(shè)計標準已經(jīng)比較完善，而對底層特定于硬件的硬件組件的相關(guān)開發(fā)標準還不完善，尤其是如何實現(xiàn)硬件組件間的互連、互通和可配置都需要研究。參考文獻1 SCA平臺硬件設(shè)備驅(qū)動設(shè)計與實現(xiàn)，宋安，國防科學技術(shù)大學，2005.112 Modular Software-Programmable Radio Consortium. Support and Rationale Document for the Software Communications Architec

32、ture Specification (v2.2). R .Washington: JTRS Joint Program Office, 2001.3 基于SCA的軟件無線電應(yīng)用可視化編輯器的設(shè)計與實現(xiàn)，張偉，電子科技大學，2009.54 Software Defined Radio Forum.http:5 JTRS Overview web site.http:/overview6 SCA軟件無線電系統(tǒng)軟件平臺的設(shè)計與實現(xiàn),趙繼龍，國防科學技術(shù)大學，2005.117 基于SCA規(guī)范的軟件無線電臺的研發(fā)，陳小鳳，暨南

33、大學，2005.68 SCA規(guī)范支持文檔“USE CASES srd_1-1_ app_ a. pdf, 2000.12 9 基于SCA的硬件抽象層連接設(shè)計及其在DSP/FPGA上的實現(xiàn)，王金波，2005.1110 Software Communications Architecture Specification,JTRS-5000 SCA V3.0. 2004.811 Efforts to Implement an SCA Compliant Wideband MILSATCOM Waveform, Dan Boschen, Mike Ubnoske, Paul Winkler, MITRE Corporation12 軟件無線電中軟件加載研究與實現(xiàn),林志堂，桂林電子科技大學，2010.413 一種基于 SCA的 FPGA硬件抽象層設(shè)計方法，余貴水，海軍工程大學，2009.1214 SCA技術(shù)的概念及在其結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用，馬成松，長江大學。201015 SCA核心框架安全服務(wù)的研究與實現(xiàn)，劉俊臣，國防科技大學，2009.816 SCA規(guī)范下D