2024年5月24日发(作者:留希月)
学术论坛 S
cience and Technology Innovation Heral
:!
d
基于LT 1 801 A的软件无线电实验平台 ②
郭荣新
(华侨大学信息科学与工程学院福建厦[]361 000)
摘 要:针对现在无线通信领域存在的一些同题,根据软件无线电的基本概念,采用联拓公司基于ARM+DSP的LT1801A芯片作为核心芯片,构
造一个具有开放性,标准化、模块化的通用软件平台,有效的将各种功能,如工作频段,调制解调类型,数据格式、加密模式、通信协议等用软件
完成。
关键词:无线通信 软件无线电 ARM模块化通用软件平台
中图分类号:TN92 文献标识码:A 文章编号:1674--098X(2014)04(a)--0199--02
软件无线电…是近年来由相关通信机构 件实现尽可能多的无线及个人通信功能。由
本设计的目的是搭建一个具有多种通信协
提出的一种新的实现无线通信传输的体系
此,无线通信新系统、新产品的研发随之逐 议标准兼备且具备不同频段的硬件平台,
结构。它的提出目的在于解决现在无线通信 步转到软件系统上,从而使得无线通信产业 该平台可利用软件架构完成各种通信功能
领域所存在的一些问题,如:多种通信体系 的产值日益明显的体现在软件上。这是继模 需求,最大限度的使其成为新一代无线通
架构并存 】,各种行业标准竞争激烈 ,频
转数、固定到移动之后,无线电通信领域的 信系统的大平台。平台中功能的实现首先是
率资源匮乏等等。特别是随着无线个人通信
再一次重大突破,并将在新世纪形成巨大
依靠软件控制和软件再定义,然后采用不
系统的不断发展,使得新的系统需求层出不 的产业价值。 同的软件模式实现不同的需求。所写软件
穷,无线电产品生存周期也随之缩短,原有 系统采用4CPFSK调制解调方式” ,以 可以远程再次升级更新,所设计的硬件均
的以硬件模块为主的无线通信体系无法快
ARM9和DSP处理器为核心方案。选用联 采用模块化结构设计便于扩展升级。
速响应这种需求 】,软件无线电的概念也便
拓公司的LT1 801A作为核心芯片,该芯片
应运而生。软件无线电的基本概念是将硬
内部集成了ARM946E+zSP400,同时集
1 4CPFSK调制解调
件系统作为无线通信的基本平台,而通过软 成了大量的接口设备和丰富的外部设备。
设计中所采用的4CPFSK是一种非线
性恒包络调制,具有记忆特性。4CPFSK
与GMSK调制方式相比较,同时也具有
频谱效率高、临道间相互干扰小的特点,
4CPFSK与非恒包络调制方式(如QPSK)
相比较 J,4CPFSK调制系统中选用工作在
C类状态的功率放大器,可降低系统功耗。
因此4CPFSK广泛应用于软件无线电系统
中。FM调制器的作用就是将经过成形滤波
后的采样点进行累加得到发送所需的相位
值,同时这也保证了相位的连续性。
为了获得窄带输出的信号频谱以及较
好的邻道功率特性,同时也具备较好的抗
干扰性能,设计中预调滤波器采用平方根升
余弦滤波器进行低通滤波。
图1软件无线电实验平台
2软件无线电实验平台系统结构
应用程序 软件无线电实验平台结构如图1所示,
通化/通话记录/通讯录/短信/扫描
主要分为3部分:软件无线电专用基带芯片
/摇毙激活,设置/应用程序
LTl801A、MMI软件平台、4FSK调制解调
器以及射频前端。
MMI
统一的开发接口(API)
基于软件无线电对于多媒体多任务处
理的需求,该实验平台的MCU处理器选用以
圄圃圈圈圉
ARM946E为核心的LT1801A芯片{同时,系
统必须采用软件平台来实现具体应用中不同
的语音、信道编解码方式以及信令系统。
3应用软件操作系统移植
3.1应用软件平台系统的体系结构
图2应用软件平台系统的体系结构
应用软件平台系统的体系结构如图2所
①基金项目:泉州市重大科技专项(2011ZDOIGO1);泉州市重点科技专项(2012Z99)}华侨大学实验教学改革与建设课题(66661204Y)。
②作者简介:郭荣新(198O一),男,福建泉州人,硕士学位,实验师,主要研究方向为移动通信。
科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 1 99
! :
Science end Technology InnOv8tiOn Herald
学术论坛
不。
一
行读、写、擦除等操作,并为用户提供了
参考文献
1】杨小牛,楼才义.软件无线电原理与应用
个完整的应用软件平台系统主要分 两个BlOck,可单独对每个Block进行操
[
作,用户根据返回值来判断操作是否成
可分别调用函数ADRVFlashAPPRead
【M】.北京:电子工业出版社.2001.
为两大部分:底层驱动和应用程序(App)。
的。
两者之间通过统一的开发接口API来连接
功。用户对FLASH进行读或写操作时,
3.2启动引导程序
【2】肖维民,许希斌,朱健.软件无线电综述
….电子学报,1998(2).
De6nedA rChitectu reCOnCePtfor
TeleCommui2ication Information
3]Kondo,Matsuo,Suzuki.Software.
或ADRVFlashAPPWrite函数,输人的
[
启动加载程序是嵌入式系统开机后运
Block索引和地址偏移量确定了操作Block
行的首个程序,其作用相当于个人电脑中的 的绝对地址,输入的长度确定了一次操作
BIOS。它完成基本的硬件系统初始化,将 的字的长度。当读或写完成之后返回操作
软件系统搬移到RAM中,并将控制权转交
结果。对FLASHBlock域进行擦除时,直
SY Stem【M】.ICC 94.NY:IEEE
Press,1994.
给启动后的操作系统。
接输入索引号即可实现此操作。
系统启动时,等待SP初始化完成后,发
4.2外部存储器控制器(MEMCTRL)
送消息通知MMI。MMI完成各个子模块的 外部存储器控制器(MEMCTRL)
初始化后,运行开机画面。等待操作信号。 将外部存储器映射到芯片内部的地址
SP发出SP—MMI—INIT—REQ消息,触发 空间,当A R M总线对此地址操作时,
开机流程。 MEMCTRL将总线上的操作转化为对芯
3.3 OSE软件模块功能描述 片外部存储器操作。MEMCTRL内部的
OSE模块位于操作系统模块与应用软 寄存器控制对外部存储器的读写参数和
件模块之间,其主要目的是隔离下层使用的 时序。MEMCTRL内部寄存器和外部存
不同的操作系统,完成对操作系统的各种功
储器对应不同的地址区域。MEMCTRL的
能的封装,可提供对外的统一接口,并提供 MEMORY可以被ARM,DMAC0直接访
统一的任务注册和模块启动管理,便于上层
问和ZSP,DMAC1跨桥访问。MEMCTRL
应用软件的移植和减少对底层操作系统的 包含MEMPIPE模块,可调节读写存储器
依赖。
的时序。芯片的存储器IO管脚上电复位为
3.4驱动程序实现的基本方式
低阻。MEMCTRL可以控制两种类型的存
在应用软件平台系统中,设备驱动 储器:SDRAM(SDR—SDRAM)和静态
程序是指一个动态的可直接调用的链接 存储器SM(StaticMemorY)一SRAM,
库,它所提供的数据是底层硬件与操作
FLASH和ROM。
系统之间,以及相关运行在目标设备上的
4.3嵌入式软件发射接收链路
应用程序之间的一个直观的抽象层。系 操作数据经APP处理后由服务提供协
统中所包含的各种驱动程序将无偿的公
议层(SP协议)分信令和操作维护两类消
开相应名称的函数,以及提供各种初始 息送至呼叫控制层,呼叫控制层主要负责呼
化硬件和与之通信的协议。系统程序运 叫控制,支持主机实现高于第二层的功能
行中使用者可通过调用LOadLibrary和 和业务 ,为用户提供对讲机支持服务,数
L0 adDriVer函数实现各种所需驱动程 据链路层则主要处理多用户传输数据的共
序的加载。 享,语音信息及用户控制信息经数据链路
层交织编码后经射频模块发送出去。发送
4调制解调系统控制程序
接收部分的空中接口协议模型中协议栈分
系统中嵌入式处理器和调制解调模块
成三个协议层和二个协议平面。三个协议
之间的通信方式是基于双串行接口来实现;
层分别为物理层、数据链路层和呼叫控制
数据传输则由通用SPI接口实现;控制的相
层。二个协议平面分别为用户平面和控制
关指令传输交由GPIO来实现;中断控制器
平面。
(ICTL)用于控制所有ARM处理器中断
源的模块。可以产生常规中断请求(IRQ)
5结语
和快速中断请求(FIQ),同时送给ARM 本文实现了一种软件无线电平台的设
处理器和CPR模块;时钟功耗复位控制模
计,以ARM9嵌入式处理器和ZSP400处理
块主要负责产生系统时钟和所有模块的时
器为核心。实现了基于4CPFSK调制解调方
钟,控制系统复位,控制系统进入不同工作 式的400~470 MHz射频通信功能。通过
模式
分析与测试,LT1801A发挥了RAM+DSP
结合的优势,能够完整的实现软件无线电
4.1 FLASH的访问
的应用,减小系统成本和降低系统功率。通
根据系统整体设计,FLASH驱动软
过PC端的写频软件可实现不同频段,多通
件模块的硬件运行平台为LTl 80lA中的
道的软件无线电系统。经测试本实验平台可
ARM946E处理器,软件开发平台可以采用
以满足国家相关规定和要求,适用于多种
任何通用的ARM集成开发环境。FLASH
语音和信道编解码方式以及不同的信令系
驱动软件模块主要实现了对FLASH进
统。
200 科技创新导报Science end Technology Innovation Herald
[4】(美)米托拉.软件无线电体系结构:应用
于无线系统工程中的面向对象的方法
[M】.赵荣黎,王庭昌,李承恕,译.机械工
业出版社,2003.
【5】樊昌信.通信原理【M】.6版.北京:国防工
业出版社,2009.
[6】(美)JeffreyH.Reed.软件无线电:无线
电工程的现代方法[M].陈强,译.人民邮
电出版社,2004.
【7]夏晓巍.基于移动平台的北斗应急通信
系统【J】.通信技术,2013,5(1):19-23.
【8】王洪涛.一种适合数据链的TCP拥塞控
制策略[J】.通信技术,2Ol 3,5(1):48-
52.
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郭荣新
(华侨大学信息科学与工程学院福建厦[]361 000)
摘 要:针对现在无线通信领域存在的一些同题,根据软件无线电的基本概念,采用联拓公司基于ARM+DSP的LT1801A芯片作为核心芯片,构
造一个具有开放性,标准化、模块化的通用软件平台,有效的将各种功能,如工作频段,调制解调类型,数据格式、加密模式、通信协议等用软件
完成。
关键词:无线通信 软件无线电 ARM模块化通用软件平台
中图分类号:TN92 文献标识码:A 文章编号:1674--098X(2014)04(a)--0199--02
软件无线电…是近年来由相关通信机构 件实现尽可能多的无线及个人通信功能。由
本设计的目的是搭建一个具有多种通信协
提出的一种新的实现无线通信传输的体系
此,无线通信新系统、新产品的研发随之逐 议标准兼备且具备不同频段的硬件平台,
结构。它的提出目的在于解决现在无线通信 步转到软件系统上,从而使得无线通信产业 该平台可利用软件架构完成各种通信功能
领域所存在的一些问题,如:多种通信体系 的产值日益明显的体现在软件上。这是继模 需求,最大限度的使其成为新一代无线通
架构并存 】,各种行业标准竞争激烈 ,频
转数、固定到移动之后,无线电通信领域的 信系统的大平台。平台中功能的实现首先是
率资源匮乏等等。特别是随着无线个人通信
再一次重大突破,并将在新世纪形成巨大
依靠软件控制和软件再定义,然后采用不
系统的不断发展,使得新的系统需求层出不 的产业价值。 同的软件模式实现不同的需求。所写软件
穷,无线电产品生存周期也随之缩短,原有 系统采用4CPFSK调制解调方式” ,以 可以远程再次升级更新,所设计的硬件均
的以硬件模块为主的无线通信体系无法快
ARM9和DSP处理器为核心方案。选用联 采用模块化结构设计便于扩展升级。
速响应这种需求 】,软件无线电的概念也便
拓公司的LT1 801A作为核心芯片,该芯片
应运而生。软件无线电的基本概念是将硬
内部集成了ARM946E+zSP400,同时集
1 4CPFSK调制解调
件系统作为无线通信的基本平台,而通过软 成了大量的接口设备和丰富的外部设备。
设计中所采用的4CPFSK是一种非线
性恒包络调制,具有记忆特性。4CPFSK
与GMSK调制方式相比较,同时也具有
频谱效率高、临道间相互干扰小的特点,
4CPFSK与非恒包络调制方式(如QPSK)
相比较 J,4CPFSK调制系统中选用工作在
C类状态的功率放大器,可降低系统功耗。
因此4CPFSK广泛应用于软件无线电系统
中。FM调制器的作用就是将经过成形滤波
后的采样点进行累加得到发送所需的相位
值,同时这也保证了相位的连续性。
为了获得窄带输出的信号频谱以及较
好的邻道功率特性,同时也具备较好的抗
干扰性能,设计中预调滤波器采用平方根升
余弦滤波器进行低通滤波。
图1软件无线电实验平台
2软件无线电实验平台系统结构
应用程序 软件无线电实验平台结构如图1所示,
通化/通话记录/通讯录/短信/扫描
主要分为3部分:软件无线电专用基带芯片
/摇毙激活,设置/应用程序
LTl801A、MMI软件平台、4FSK调制解调
器以及射频前端。
MMI
统一的开发接口(API)
基于软件无线电对于多媒体多任务处
理的需求,该实验平台的MCU处理器选用以
圄圃圈圈圉
ARM946E为核心的LT1801A芯片{同时,系
统必须采用软件平台来实现具体应用中不同
的语音、信道编解码方式以及信令系统。
3应用软件操作系统移植
3.1应用软件平台系统的体系结构
图2应用软件平台系统的体系结构
应用软件平台系统的体系结构如图2所
①基金项目:泉州市重大科技专项(2011ZDOIGO1);泉州市重点科技专项(2012Z99)}华侨大学实验教学改革与建设课题(66661204Y)。
②作者简介:郭荣新(198O一),男,福建泉州人,硕士学位,实验师,主要研究方向为移动通信。
科技创新导报Science and Technology Innovation Herald 1 99
! :
Science end Technology InnOv8tiOn Herald
学术论坛
不。
一
行读、写、擦除等操作,并为用户提供了
参考文献
1】杨小牛,楼才义.软件无线电原理与应用
个完整的应用软件平台系统主要分 两个BlOck,可单独对每个Block进行操
[
作,用户根据返回值来判断操作是否成
可分别调用函数ADRVFlashAPPRead
【M】.北京:电子工业出版社.2001.
为两大部分:底层驱动和应用程序(App)。
的。
两者之间通过统一的开发接口API来连接
功。用户对FLASH进行读或写操作时,
3.2启动引导程序
【2】肖维民,许希斌,朱健.软件无线电综述
….电子学报,1998(2).
De6nedA rChitectu reCOnCePtfor
TeleCommui2ication Information
3]Kondo,Matsuo,Suzuki.Software.
或ADRVFlashAPPWrite函数,输人的
[
启动加载程序是嵌入式系统开机后运
Block索引和地址偏移量确定了操作Block
行的首个程序,其作用相当于个人电脑中的 的绝对地址,输入的长度确定了一次操作
BIOS。它完成基本的硬件系统初始化,将 的字的长度。当读或写完成之后返回操作
软件系统搬移到RAM中,并将控制权转交
结果。对FLASHBlock域进行擦除时,直
SY Stem【M】.ICC 94.NY:IEEE
Press,1994.
给启动后的操作系统。
接输入索引号即可实现此操作。
系统启动时,等待SP初始化完成后,发
4.2外部存储器控制器(MEMCTRL)
送消息通知MMI。MMI完成各个子模块的 外部存储器控制器(MEMCTRL)
初始化后,运行开机画面。等待操作信号。 将外部存储器映射到芯片内部的地址
SP发出SP—MMI—INIT—REQ消息,触发 空间,当A R M总线对此地址操作时,
开机流程。 MEMCTRL将总线上的操作转化为对芯
3.3 OSE软件模块功能描述 片外部存储器操作。MEMCTRL内部的
OSE模块位于操作系统模块与应用软 寄存器控制对外部存储器的读写参数和
件模块之间,其主要目的是隔离下层使用的 时序。MEMCTRL内部寄存器和外部存
不同的操作系统,完成对操作系统的各种功
储器对应不同的地址区域。MEMCTRL的
能的封装,可提供对外的统一接口,并提供 MEMORY可以被ARM,DMAC0直接访
统一的任务注册和模块启动管理,便于上层
问和ZSP,DMAC1跨桥访问。MEMCTRL
应用软件的移植和减少对底层操作系统的 包含MEMPIPE模块,可调节读写存储器
依赖。
的时序。芯片的存储器IO管脚上电复位为
3.4驱动程序实现的基本方式
低阻。MEMCTRL可以控制两种类型的存
在应用软件平台系统中,设备驱动 储器:SDRAM(SDR—SDRAM)和静态
程序是指一个动态的可直接调用的链接 存储器SM(StaticMemorY)一SRAM,
库,它所提供的数据是底层硬件与操作
FLASH和ROM。
系统之间,以及相关运行在目标设备上的
4.3嵌入式软件发射接收链路
应用程序之间的一个直观的抽象层。系 操作数据经APP处理后由服务提供协
统中所包含的各种驱动程序将无偿的公
议层(SP协议)分信令和操作维护两类消
开相应名称的函数,以及提供各种初始 息送至呼叫控制层,呼叫控制层主要负责呼
化硬件和与之通信的协议。系统程序运 叫控制,支持主机实现高于第二层的功能
行中使用者可通过调用LOadLibrary和 和业务 ,为用户提供对讲机支持服务,数
L0 adDriVer函数实现各种所需驱动程 据链路层则主要处理多用户传输数据的共
序的加载。 享,语音信息及用户控制信息经数据链路
层交织编码后经射频模块发送出去。发送
4调制解调系统控制程序
接收部分的空中接口协议模型中协议栈分
系统中嵌入式处理器和调制解调模块
成三个协议层和二个协议平面。三个协议
之间的通信方式是基于双串行接口来实现;
层分别为物理层、数据链路层和呼叫控制
数据传输则由通用SPI接口实现;控制的相
层。二个协议平面分别为用户平面和控制
关指令传输交由GPIO来实现;中断控制器
平面。
(ICTL)用于控制所有ARM处理器中断
源的模块。可以产生常规中断请求(IRQ)
5结语
和快速中断请求(FIQ),同时送给ARM 本文实现了一种软件无线电平台的设
处理器和CPR模块;时钟功耗复位控制模
计,以ARM9嵌入式处理器和ZSP400处理
块主要负责产生系统时钟和所有模块的时
器为核心。实现了基于4CPFSK调制解调方
钟,控制系统复位,控制系统进入不同工作 式的400~470 MHz射频通信功能。通过
模式
分析与测试,LT1801A发挥了RAM+DSP
结合的优势,能够完整的实现软件无线电
4.1 FLASH的访问
的应用,减小系统成本和降低系统功率。通
根据系统整体设计,FLASH驱动软
过PC端的写频软件可实现不同频段,多通
件模块的硬件运行平台为LTl 80lA中的
道的软件无线电系统。经测试本实验平台可
ARM946E处理器,软件开发平台可以采用
以满足国家相关规定和要求,适用于多种
任何通用的ARM集成开发环境。FLASH
语音和信道编解码方式以及不同的信令系
驱动软件模块主要实现了对FLASH进
统。
200 科技创新导报Science end Technology Innovation Herald
[4】(美)米托拉.软件无线电体系结构:应用
于无线系统工程中的面向对象的方法
[M】.赵荣黎,王庭昌,李承恕,译.机械工
业出版社,2003.
【5】樊昌信.通信原理【M】.6版.北京:国防工
业出版社,2009.
[6】(美)JeffreyH.Reed.软件无线电:无线
电工程的现代方法[M].陈强,译.人民邮
电出版社,2004.
【7]夏晓巍.基于移动平台的北斗应急通信
系统【J】.通信技术,2013,5(1):19-23.
【8】王洪涛.一种适合数据链的TCP拥塞控
制策略[J】.通信技术,2Ol 3,5(1):48-
52.