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关于现代电子技术类论文范例,与基于SB3500多核处理器的软件无线电系统设计相关毕业论文提纲
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求.可见,SB3500DSP的多核多线程结构大大弥补了传统单核单线程DSP在并行处理能力方面的缺陷.2基于SB3500的软件无线电硬件系统设计
以SB3500为处理核心的软件无线电手持终端系统硬件设计结构如图2所示,该硬件结构由用户人机接口电路、SB3500核心电路、AD/DA电路、射频变换电路和射频收发电路等五部分组成.其中,SB3500核心电路中的ARM内核主要负责以太网、串口、显示等人机及数据接口；DSP内核负责通信信号处理以及与AD/DA芯片间交换基带数据,并进行射频参数的配置；AD/DA电路负责获取或转换外部基带模拟信号,采用美信公司的MAX19707芯片,该芯片转换精度为双路10位,最高采样速率为45MSPS；射频变换电路负责在AD/DA芯片和射频收发模块之间进行通信基带信号与射频信号间的相互变换；射频收发电路主要完成接收滤波和发送功率放大等任务.
图2基于SB3500的软件无线电系统硬件设计结构
理想软件无线电系统具有宽频段射频前端以及宽带AD/DA采样等特点,然而实际设计中,受数字信号处理速度和宽带AD/DA速率及价格因素等的限制,一般会在AD/DA电路和射频收发电路之间插入中频处理模块进行频率变换,从而降低系统对AD/DA采样速率的要求.如图2所示,以发送端为例,首先将基带IQ数据利用高集成度的射频收发器（MAX2839）变换到2.4GHz中频频段,再通过混频器变换到所需要的工作频点.本文混频器选择威讯联合半导体公司生产的RFFC2071芯片,具体的频点参数可由DSP对RFFC2071芯片的配置来实现.
针对软件无线电硬件系统,基于SB3500的单芯片多核结构相比于多芯片多处理器结构具有更小的尺寸；同时,由于片内总线的传输速率高于片外总线,这种单芯片多核结构的核间通信效率更高,从而提升了处理效率并降低了功耗.由此可见,该硬件系统在符合手持终端小型化和低功耗设计需求方面具有一定优势.
3基于SB3500软件无线电硬件系统的通信波
形软件开发
3.1基于SB3500的通信波形设计要点
通信波形的信号处理通常包含有多个处理任务单元,包括编码/解码、同步、调制/解调单元等.针对多核多线程处理器,如何进行信号处理任务的并行化是设计的重点和难点,需要针对DSP的处理特点[8]进行仔细考虑.
本文将使用流水线思想对示例波形进行并行化设计.流水线架构中的DSP端的设计涉及到状态机的使用、乒乓结构的使用、多线程处理以及内存规划等四个方面内容,这四个方面又相互关联,设计时需全局考虑.首先,DSP中没有操作系统,因此所有的状态控制都是通过代码逻辑调度实现；其次,为保证数据的实时性,需在内存方面使用乒乓结构；再者,多线程处理的使用难点在于线程间的同步以及内存访问的竞争关系,因此需要合理分配线程任务,并安排好线程处理时序关系及切换机制.
线程同步方面,最重要的是时序问题,本文采用的流水线结构需要每个线程都在既定时序结构时间内完成相关内容处理.针对内存访问的竞争关系,线程间需要利用状态机控制,避免同一数据块在同一时间段内被不同线程访问造成处理逻辑的混乱.另外,在内存规划方面,由于所有与矢量运算相关的代码和数据需全部置于DSP的片内RAM中,而每个DSP核内仅256KB的RAM空间导致存储资源比较紧张,因此内存空间必须做合理的规划.
此外,还要注意ARM与DSP的通信接口设计.片上系统的内核间通信内容可分为两类：一类是控制与状态信息,一类是数据信息.前者通常不携带数据,但是常有较高的实时性要求；后者主要是各类数据缓冲区,其数据量偏大,同时实时通信系统对传输的实时性要求也较高.所以前者在通信中通用性较好,适合由软件实现并提供编程接口；后者则与具体应用相关性更高,适合用软件定义数据结构的方式实现.
SB3500中ARM与DSP采用共享内存方式通信,其中片内共享内存可存放8KB信息.实际使用中可设计为通信方式[9],根据控制信息和数据信息的传输需求又可分别设计为控制与数据.中的控制信息、状态信息以及指向数据中数据内容头指针的地址存放在ARM与DSP之间的片内共享内存中,而具体数据内容则存放在片外的共享内存DDR中.3.2OFDM通信波形开发
正交频分复用（OrthogonalFrequeneyDrvisionMultiplexing,OFDM）技术是目前宽带移动通信领域的一项关键技术[10],具有很强的抗多径能力、较高的频谱利用率等特点,适用于无线信道中的高速数据传输业务,已被广泛应用于WiFi,WiMax,数字电视广播以及各种4G通信标准中.本课题中选取了OFDM技术进行通信波形开发.OFDM波形开发中的DSP处理模块如图3所示.
图3DSP处理模块
针对该OFDM通信波形,设计中仅使用了一个DSP核的四个线程即可实现发送或接收端的所有基带处理工作,完成对OFDM波形的多线程并行化处理工作.
线程任务的划分主要考虑每个任务模块的执行时间以及乒乓结构的时序要求.针对实时通信系统,一帧数据信号的物理层基带处理时长须小于一帧数据信号的采样时长.
综合上述考虑,对线程任务分配如下：
发送端任务划分：
线程1主要负责射频、定时器、GPIO等硬件上电初始化和PSD初始化；
线程2主要负责发送相关物理层调度、运算处理以及收发模式切换控制；
线程3主要负责控制与D/A相连的PSD接口；
线程4空闲；
接收端任务划分：
线程1主要负责射频、定时器、GPIO等硬件上电初始化和PSD初始化；
线程2主要负责接收相关物理层调度、运算处
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线程3主要负责控制与A/D相连的PSD接口；
线程4主要负责初始同步、同步跟踪、频偏估计与校准等.
3.3OFDM通信波形结果演示
由两台相同PC机分别控制两套相同的软件无线电硬件系统,ARM与PC之间通过RS232调试口完成程序下载和调试任务.系统测试操作模型如图4所示.
图4系统测试操作模型
图4所示模型中,ARM运行VXWORKS操作系统,发送端由PC机通过TCP/IP协议向ARM传输需要发送的数据,再由ARM将数据发送给DSP；DSP接收到数据后进行发送端基带处理,并通过射频前端发出；接收端经射频前端接收,由DSP完成接收端基带数据处理并上报数据给ARM,ARM再通过TCP/IP协议传输最终结果至PC机.
测试结果表明,本文的设计方案可满足软件无线电对波形软件的动态加载,使得不同通信制式的切换可以通过在线加载软件实现.与传统的多种通信体制的硬件模块并存方式相比,既减小了体积又降低了功耗,符合手持终端小型化和低功耗的设计要求.
4结语
本文在软件无线电手持设备的设计实现过程中,详细介绍了SB3500国产多核DSP芯片的结构与使用特点,设计了基于SB3500的软件无线电的硬件系统,进而完成了基于该系统的OFDM通信波形软件开发,实现了无线信道下基于OFDM的通信系统.结果表明,国产多核多线程DSP在软件无线电手持设备设计领域具有很好的应用前景.
参考文献
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[3]郑纬民,汤志忠.计算机系统结构[M].北京：清华大学出版社,1998.
[4]SINNENOliver.Taskschedulingforparallelsystems[M].US：WileyInterscience,2007.
[5]谢子光.多核ࣦ
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