_3 第3章 软件无线电软件架构及SCA

1、知识缝制铠甲知识缝制铠甲 将来披甲上阵将来披甲上阵软件无线电软件无线电硬件结构硬件结构各各功能模块功能模块的连接方式的连接方式硬件平台的硬件平台的物理介质物理介质流水式结构流水式结构总线总线式结构式结构交换交换式结构式结构网络网络式结构式结构基于基于GPP结构结构基于基于DSP结构结构基于基于FPGA结构结构 GPP DSP FPGA基于SCA的波形开发SCA软件框架主要的软件架构重点重点难难点点掌握开放的软件架构理解不同的软件设计方法了解软件通信体系架构SCA围绕中心分析讨论围绕中心分析讨论主要的主要的软件架构软件架构软件软件设计方法设计方法SCASCA软件软件架构架构基于基于SCASCA的

2、的波形开发波形开发软件架构有四个角度软件架构有四个角度 ，描述系统的主要构件及它们之间的关系；描述系统的主要构件及它们之间的关系； ，包括功能分解与层次结构；包括功能分解与层次结构； ，描述一个动态的连接关系；描述一个动态的连接关系； ，描述各种代码和库函数在开发环境中的组织。描述各种代码和库函数在开发环境中的组织。构件构件模块模块运行运行代码代码 ，它，它由一些规由一些规则、建议、习惯组成，从则、建议、习惯组成，从构件构件的角度定义系统的角度定义系统的结构的结构软件架构：软件架构：是是指软件系统的结构指软件系统的结构 ，说明构成系统的各个说明构成系统的各个构件之间构件之间是是如何如何 通信通

3、信和和实现互操作实现互操作的。的。组件组件接口接口方法调用方法调用射频射频合并合并数字信号处理资源数字信号处理资源，比如比如：GPP；DSP；FPGA；微处理器微处理器；存储器等存储器等DSP软件软件FPGA软件软件微控制微控制软件软件管理与管理与控制控制基带基带数字数字用户用户数据数据模拟子系统模拟子系统数字子系统数字子系统系统软件系统软件直接直接硬件硬件请求请求硬件硬件本振本振PALNAGPP软件软件波形应用具有跨多个不同无线平台的波形应用具有跨多个不同无线平台的可移植能力可移植能力硬件平台能够接受多个波形应用的硬件平台能够接受多个波形应用的可重配置能力可重配置能力 无线功能通过无线功能通

4、过软件软件实现；实现； 系统具有系统具有可编程能力可编程能力并适应不同的物理层形式并适应不同的物理层形式 及协议；及协议； 在相同的软件无线电系统中，多个软件模块可在相同的软件无线电系统中，多个软件模块可 以以协调工作协调工作、互操作互操作； 在在不需要升级或更换硬件不需要升级或更换硬件的条件下可以实现新的条件下可以实现新 的功能；的功能； 单一系统可以单一系统可以实现多种服务实现多种服务； 支持软件或代码的支持软件或代码的高度复用高度复用。面向过程面向过程面向对象面向对象 从系统从系统功能功能入手，按照工程标准和入手，按照工程标准和严格规范将系统分解为若干功能模块，通过严格规范将系统分解为若

5、干功能模块，通过函数函数实现其功能。实现其功能。 是指以是指以对象对象为基本粒度，其下包含为基本粒度，其下包含属性属性和和方法方法。对象的说明用属性表达，并通。对象的说明用属性表达，并通过行为方法来操作这个对象。过行为方法来操作这个对象。飞机飞机歼击机歼击机歼击轰炸机歼击轰炸机预警机预警机 对对象属性、行为的对对象属性、行为的建模建模 对数据和行为进行对数据和行为进行封装封装，信息隐蔽，信息隐蔽封装封装类类（class） class . .；返回值返回值 函数名函数名 （参数列表）（参数列表） 变量变量 处理过程处理过程 对对象属性、行为的对对象属性、行为的建模建模 对数据和行为进行对数据和行

6、为进行封装封装，信息隐蔽，信息隐蔽 对象间的通信靠对象间的通信靠接口接口完成完成 对象可以对象可以继承继承和和多态多态 class extends 平台平台节点节点设备设备（1）开发部署的波形与平台无关，要求一个）开发部署的波形与平台无关，要求一个 通用的通用的操作环境操作环境；（2）假定平台是异构的，不同硬件组件之间）假定平台是异构的，不同硬件组件之间 需协调工作，则需要配置它们，且交换需协调工作，则需要配置它们，且交换 数据和控制信息，需要有数据和控制信息，需要有物理设备的代理物理设备的代理， 实现底层抽象；实现底层抽象；（3）具有将组件装配成波形应用的机制，即）具有将组件装配成波形应用的

7、机制，即 应用工厂应用工厂；（4）波形和组件初始驻留在存储器中，需要完）波形和组件初始驻留在存储器中，需要完 成对存储的组织和管理，需要成对存储的组织和管理，需要文件系统文件系统；（5）组件之间需要通信机制来超越不同的底层）组件之间需要通信机制来超越不同的底层 环境、跨越不同节点交换信息和数据。需环境、跨越不同节点交换信息和数据。需 要一个软件层，称为要一个软件层，称为中间中间件件；（6）需要）需要管理器管理器控制并跟踪所有可用的软硬件控制并跟踪所有可用的软硬件 资源，并实现与用户的交互；资源，并实现与用户的交互；（7）不同平台具有不同的物理能力，不同波形）不同平台具有不同的物理能力，不同波形

8、 也有不同的资源需求，必须确认工作平台也有不同的资源需求，必须确认工作平台 具有足够的能力承载波形，需要具有足够的能力承载波形，需要容量模型容量模型 来描述可用资源和需求；来描述可用资源和需求；（8）需要其他通用的）需要其他通用的服务服务机制，如日志服务。机制，如日志服务。SCA定义了定义了用于用于管理管理、控制控制、配置配置软件软件无线电无线电的软件的软件体系结构体系结构， 由由接口接口、行为规范行为规范、一般一般规则规则、波形应用程序接口波形应用程序接口以及以及所需的安全需所需的安全需求求构成构成 ，是一组用来实现软件无线电的规则是一组用来实现软件无线电的规则、方法和设计标准，它独立于实现

9、的方法和设计标准，它独立于实现的框架框架 ，约约束软件无线电系统设计以帮助达到设计目标束软件无线电系统设计以帮助达到设计目标。Android vs SCA2000年年2月月SCA 1.02000年年12月月SCA 2.02001年年11月月SCA 2.22004年年8月月SCA 3.0目前目前SCA 4.X基础设施层基础设施层应用层应用层p操作系统：操作系统：硬件驱动硬件驱动、内核内核、文件系统文件系统pvxWorks的主要组成及的主要组成及特点特点（1）BSP板级支持包板级支持包：针对不同的底层硬件向操作系统提：针对不同的底层硬件向操作系统提供供统一的接口统一的接口。完成硬件及中断初始化、内

10、存映射及分配，。完成硬件及中断初始化、内存映射及分配，引导操作系统启动。引导操作系统启动。（2）内核内核：主要实现：主要实现任务间通信任务间通信及及任务调度任务调度，特点是具，特点是具有图形化的配置界面，可以有图形化的配置界面，可以灵活灵活裁裁剪，剪，最小可达最小可达8KB。（3）文件系统文件系统：提供快速的文件系统以适合于实时系统：提供快速的文件系统以适合于实时系统应用。同时将普通数据文件和设备都统一作为文件处理，简应用。同时将普通数据文件和设备都统一作为文件处理，简化了系统设计化了系统设计。p要点要点 1、任务优先级的合理分配、任务优先级的合理分配多任务环境下任务优先级的合理分配非常重要，

11、要避免出多任务环境下任务优先级的合理分配非常重要，要避免出现因优先级设置不合理造成的高优先级任务获取不到系统现因优先级设置不合理造成的高优先级任务获取不到系统资源的情况，影响系统运行效率。资源的情况，影响系统运行效率。 2、BSP开发和移植开发和移植设计设计CPU初始化以及内存映射、内存分配，初始化以及内存映射、内存分配，Flash驱动驱动（文件系统）以及（文件系统）以及RapidIO相关驱动等。相关驱动等。p什么是异构平台？什么是异构平台？异构硬件、异构操作系统、异构应用框架、异构数据类型、异构硬件、异构操作系统、异构应用框架、异构数据类型、异构开发环境、异构编译环境、异构异构开发环境、异构

12、编译环境、异构p中间件的作用？中间件的作用？用于解决异构系统间相互移植、分布式应用程序开发的问题用于解决异构系统间相互移植、分布式应用程序开发的问题。像调用本地接口一样调用远程像调用本地接口一样调用远程/异构系统上的接口。异构系统上的接口。中间件是实现互联互通互操作的最重要环节，是中间件是实现互联互通互操作的最重要环节，是SCA的基础。的基础。p中间件的本质中间件的本质？ 通信协议通信协议中间件分类中间件分类公共对象请求代理体系结构公共对象请求代理体系结构CORBA硬件抽象层硬件抽象层MHALCORBA，是由对象管理组织（，是由对象管理组织（OMG）制定的一种）制定的一种标标准准的的面向对象面

13、向对象的应用程序体系规范，为解决分布式处的应用程序体系规范，为解决分布式处理环境中，软硬件系统的互连而提出的一种解决方案，理环境中，软硬件系统的互连而提出的一种解决方案，用来实现分布式软件集成，目的是建立一个用来实现分布式软件集成，目的是建立一个标准、开标准、开放、通用放、通用的体系结构。的体系结构。IDLStubSkeleton黑色硬件总线黑色硬件总线红红色硬件总线色硬件总线板板级支持包（总线层）级支持包（总线层）板板级支持包（总线层）级支持包（总线层）网络堆栈和串行接口服务网络堆栈和串行接口服务网络堆栈和串行接口服务网络堆栈和串行接口服务操作系统操作系统操作系统操作系统CORBA对象请求对

14、象请求代理代理&服务服务（中间件）（中间件）CORBA对象请求对象请求代理代理&服务服务（中间件）（中间件）核心框架服务核心框架服务&应用应用核心框架服务核心框架服务&应用应用核心框架核心框架IDL通过通过CORBA的逻辑软件总线的逻辑软件总线核心框架是开放应用层接口和服务集，为软件应用的核心框架是开放应用层接口和服务集，为软件应用的设计者提供了一个底层的软件和硬件的抽象。设计者提供了一个底层的软件和硬件的抽象。核心核心体现在体现在：系统：系统中中承上启下承上启下的关键节点。的关键节点。承上承上，它接受来自上层应用对底层资源的调度、管理、使用，它接受来自上层应用

15、对底层资源的调度、管理、使用等指令，并且在上层应用看来，这些接口与底层操作系统、硬等指令，并且在上层应用看来，这些接口与底层操作系统、硬件等不相关。件等不相关。启下启下，它对动态加载、卸载、重构、迁移等的实现不依赖于，它对动态加载、卸载、重构、迁移等的实现不依赖于底层细节，它只约束一些底层资源向上的底层细节，它只约束一些底层资源向上的API封装格式。封装格式。框架框架体现在：它具有森严的、可靠的分层架构，域体现在：它具有森严的、可靠的分层架构，域内的软硬件资源可以灵活的增加或者删除，不影响整内的软硬件资源可以灵活的增加或者删除，不影响整体结构、不需要重新设计、甚至无需多写一行代码。体结构、不需

16、要重新设计、甚至无需多写一行代码。基础基础应用应用接口（接口（Base Application Interfaces）基础基础设备设备接口（接口（Base Device Interfaces）框架框架控制控制接口（接口（Framework Control Interfaces）文件文件服务服务接口（接口（Framework Service Interfaces）域描述域描述文件文件（Domain Profile）基础应用接口框架控制接口基础设备接口文件服务接口ASMDSPFPGALLCNetworkIOASMDSPFPGALLCNetworkIOp 波形部署与配置波形部署与配置ASMDSPFP

17、GALLCIONetwork语音语音数数据据p 波形启动与运行波形启动与运行ASMDSPFPGALLCNetworkIOp 波形停止与卸载波形停止与卸载 ，是指为软件无线电设备提供是指为软件无线电设备提供重配置重配置数据数据或者或者新的可执行代码新的可执行代码以改变其操作或性能以改变其操作或性能的过程。的过程。软件下载软件下载优点优点 升级升级无线设备形成新的无线功能或业务；无线设备形成新的无线功能或业务； 修补修补现有设备中软件的缺陷；现有设备中软件的缺陷； 在空中接口标准不同的区域之间实现在空中接口标准不同的区域之间实现漫游通信漫游通信。下载前下载前 确定下载确定下载需求需求 开始开始 建立下载建立下载 相互鉴别相互鉴别 授权授权 容量交换容量交换 下载选项下载选项确认确认 加密加密下载期间下载期间 软件下载软件下载下载后下载后 安装安装 原位检