摘要：文章根據(jù)軟件無(wú)線電的基本原理，使用OMAP3530處理器和FPGA，設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的軟件無(wú)線電平臺(tái)，以滿足高性能、低功耗和便攜性的需求。
關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電；SoC；OMAP；FPGA

0 前言
    SoC技術(shù)已獲得IC產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。IC供應(yīng)商還推出基于SoC的芯片，如TI的OMAP(TM)系列處理器的概念。系列處理器與ARM的I-DSP雙核結(jié)構(gòu)，集成了傳統(tǒng)的嵌入式控制芯片和DSP信號(hào)處理芯片的電源。OMAP(TM)的處理器，是理想的便攜式、低功耗和高性能的，對(duì)應(yīng)用程序有很高的要求。
    OMAP(TM)的3系列處理器的上市時(shí)間較短暫，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和軟件的概念相對(duì)較新，但適應(yīng)于絕大多數(shù)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。本文研究OMAP(TM)的處理器，對(duì)軟件無(wú)線電理論進(jìn)行有益的探索，設(shè)計(jì)了一個(gè)新的平臺(tái)，具有低功耗和便攜的特點(diǎn)。

1 OMAP技術(shù)概述
    開(kāi)放式多媒體應(yīng)用平臺(tái)(Open Multimedia Application Platform，簡(jiǎn)稱OMAP)是美國(guó)德州儀器公司推出的以第三代移動(dòng)通信發(fā)展為導(dǎo)向的處理器平臺(tái)。OMAP已成為一個(gè)事實(shí)上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大量的IT設(shè)備制造商基于OMAP平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)下一代通信設(shè)備。
    OMAP技術(shù)具有以下特點(diǎn)：1)低功耗；2)可移植性；3)打開(kāi)。

2 OMAP多核軟件無(wú)線電平臺(tái)設(shè)計(jì)
    OMAP多核心的軟件定義無(wú)線電平臺(tái)，主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是支持短波和調(diào)頻廣播電臺(tái)為1M～110M信號(hào)頻帶的性能測(cè)試，包括：
    ·支持寬帶固定頻率和跳頻測(cè)試；
    ·支持全州無(wú)線電測(cè)試；
    ·支持無(wú)線電頻道的模擬環(huán)境測(cè)試。
2．1 中頻-基帶信號(hào)處理
    當(dāng)前的無(wú)線通信技術(shù)和制度的差異被劃分在不同的頻率范圍。如短波通信使用1M～30M波段，超高頻通信使用30M到500M頻段，GSM使用900M和1800M頻段，TD-SCDMA使用2．3G～2．4G頻段。
    由于短波通信頻率較低，一般采用直接低通采樣數(shù)字。超短波、GSM和3G等頻率較高的通信模式，直接低通采樣不僅對(duì)ADC的采樣率和有效帶寬等指標(biāo)提出了較高要求，而且對(duì)后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理器件和算法提出了極高的要求，這對(duì)于目前的IC設(shè)計(jì)水平來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的。在實(shí)際系統(tǒng)中，模擬電路更高頻率的射頻信號(hào)移動(dòng)，那么用AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)處理。實(shí)際通信系統(tǒng)可分為兩部分：模擬前端和IF基頻處理器。
2．2 軟硬件協(xié)同仿真
    通信理論與傳統(tǒng)的模擬軟件的算法性能評(píng)價(jià)(如MATLAB)協(xié)助完成。業(yè)內(nèi)人士提出了軟件和硬件協(xié)同仿真的概念。OMAP軟件無(wú)線電平臺(tái)，也考慮到這樣的功能設(shè)計(jì)。OMAP平臺(tái)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)連接，和OMAP平臺(tái)可以互相連接。因此，算法仿真任務(wù)可以劃分成多個(gè)平行單位完成網(wǎng)絡(luò)上的OMAP處理器的一部分。
    主要應(yīng)用的OMAP多核心的軟件定義無(wú)線電平臺(tái)的短波和調(diào)頻收音機(jī)的性能測(cè)試，包括發(fā)射機(jī)的測(cè)量和接收機(jī)測(cè)量。

3 系統(tǒng)架構(gòu)
    該系統(tǒng)采用FPGA+OMAP結(jié)構(gòu)。為了提高輸入信號(hào)功率的動(dòng)態(tài)范圍，模擬信號(hào)處理模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)數(shù)字控制衰減器芯片的輸入和輸出的射頻信號(hào)功率控制。即使沒(méi)有連接到模擬前端，通過(guò)射頻電纜，建立短波和超短波通信的一部分。
    無(wú)線電路徑和音頻路徑：這兩個(gè)信號(hào)通路的硬件平臺(tái)，射頻信號(hào)和音頻信號(hào)通過(guò)ADC進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字前端處理在FPGA做后續(xù)OMAP算術(shù)運(yùn)算。根據(jù)功能，硬件系統(tǒng)分為五個(gè)部分：1)模擬信號(hào)處理單元；2)模擬到數(shù)字／數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置；3)數(shù)字前端的單元；4)控制／數(shù)字信號(hào)處理單元；5)其他。

4 多核軟件無(wú)線電平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)
    根據(jù)功能需求，基于平臺(tái)FPGA+OMAP數(shù)字信號(hào)處理架構(gòu)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)軟件平臺(tái)和描述的軟件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵要素。
    OMAP初始化步驟如下：
    (1)內(nèi)部ROM指令執(zhí)行的基本配置和初始化。
    (2)創(chuàng)建一個(gè)引導(dǎo)設(shè)備列表。根據(jù)系統(tǒng)啟動(dòng)的狀態(tài)引腳，創(chuàng)建列表，包含設(shè)備的代碼，可以查詢到啟動(dòng)程序映像。
    (3)啟動(dòng)程序，逐一檢查設(shè)備在引導(dǎo)列表中的表示，一旦設(shè)備存在，并獲得正確的命令，從設(shè)備開(kāi)始。
    (4)如從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。
    (5)運(yùn)行的圖像文件。
4．1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    這個(gè)系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程管理，顯示控制和信號(hào)處理三部分，遠(yuǎn)程管理由PC主機(jī)和OMAP實(shí)現(xiàn)，顯示控制部分由OMAP的MPU子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，數(shù)字信號(hào)處理部分由FPGA和OMAP的IVA子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。該軟件系統(tǒng)包括以下子模塊：1)遠(yuǎn)程管理；2)顯示控制；3)算法。
    遠(yuǎn)程控制軟件在PC機(jī)上運(yùn)行，使用Visual Studio 2005進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)Socket接口與OMAP平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。OMAP平臺(tái)ARM端使用嵌入式操作系統(tǒng)，在該操作系統(tǒng)上建立應(yīng)用程序，包括文字界面應(yīng)用程序和UI界面應(yīng)用程序。OMAP平臺(tái)DSP端使用DSPBIOS操作系統(tǒng)，與ARM端通過(guò)DSP Link進(jìn)行通信。
4．2 OMAP35x DVEVM軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境移植
    OMAP系統(tǒng)由兩部分主機(jī)子系統(tǒng)和IVA子系統(tǒng)、主機(jī)子系統(tǒng)完整的控制系統(tǒng)、IVA部子系統(tǒng)聯(lián)合FPGA來(lái)完成軟件無(wú)線電算法。
4．3 OMAP軟件框架程序設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)采用了Codec Engine框架進(jìn)行MPU子系統(tǒng)和IVA子系統(tǒng)之間的通信。從GPP端的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，Codec Engine是一系列的APT。
4．4 FPGA SelectMAP驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
    OMAP系統(tǒng)直接配置FPGA，從SelectMAP配置模式，根據(jù)時(shí)序要求設(shè)計(jì)和編寫(xiě)代碼和編譯驅(qū)動(dòng)程序模塊，使用write()系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用加載模塊，F(xiàn)PGA配置是成功的，需要約3s時(shí)間。
4．5 OMAP與FPGA接口程序設(shè)計(jì)
    FPGA被視為在這個(gè)系統(tǒng)中的外設(shè)存儲(chǔ)器。OMAP使用GPMC接口接入到FPGA的內(nèi)部共享空間。
    GPMC中的OMAP地址空間的共8個(gè)選區(qū)(CS)片，其中NAND快閃記憶體和CS3的網(wǎng)絡(luò)接口。該系統(tǒng)采用FPGA芯片選擇信號(hào)CS4中。

5 OMAP多核軟件無(wú)線電平臺(tái)驗(yàn)證
    為了測(cè)試系統(tǒng)的完整性和正確性，需要按表1所列項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

    在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)了基于OMAP多核軟件無(wú)線電平臺(tái)的射頻頻率測(cè)量和FM信號(hào)源程序，從而驗(yàn)證該平臺(tái)功能達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。