基于RTLinux的軟件無線電偵察預處理系統(tǒng)

摘要：現(xiàn)有的軟件無線電偵察系統(tǒng)一般采用DSP作預處理，但DSP的開發(fā)和升級難度大。在分析嵌入式實時Linux(RTLinux)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，介紹了采用嵌入式實時Linux系統(tǒng)的預處理方案，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：軟件無線電；偵察系統(tǒng)；數(shù)字信號處理；嵌入式；實時Linux

一、引言

軟件無線電已成為新的第三代移動通信系統(tǒng)3G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。另一方面，軟件無線電在軍事上應(yīng)用也越來越廣泛，并獲得初步的成功?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭是高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭，對通信有極高的要求，當前軍事學說指出現(xiàn)代軍事通信系統(tǒng)應(yīng)該具有互通性、靈活性、移動性、抗毀性、易維護性，而軟件無線電是現(xiàn)代軍事通信系統(tǒng)實現(xiàn)其特性的關(guān)鍵。

軟件無線電的核心思想就是把寬帶數(shù)模或模數(shù)轉(zhuǎn)換器放置在盡可能靠近天線的地方，將模擬信號數(shù)字化。從轉(zhuǎn)換器以下電臺的其它部分則通過構(gòu)建一個通用的可編程硬件平臺來完成，利用加載軟件實現(xiàn)這些部分的相應(yīng)功能。由于軟件無線電結(jié)構(gòu)上的開放性和完全的可編程性，使它不僅能夠兼容現(xiàn)役的多種電臺，而且還可象微型計算機一樣通過更新軟件和硬件模塊不斷得到升級換代來適應(yīng)新的通信發(fā)展模式。

軟件無線電對通信偵察提出了新的挑戰(zhàn)。顯然，工作頻率范圍不寬、功能單一的傳統(tǒng)通信偵察設(shè)備對付不了頻段寬、工作方式靈活、能夠兼容現(xiàn)役各類電臺功能的軟件無線電通信電臺。因此，通信偵察系統(tǒng)必須采用軟件無線電模式才能滿足實際的需要。軟件無線電通信偵察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在整個軟件無線電通信偵察系統(tǒng)中，預處理的任務(wù)是實時快速地對采集的信號進行（快速傅里葉變換)變換(FFT)，然后取模取極大值，經(jīng)過門限比較后將稀釋的預處理結(jié)果數(shù)據(jù)送給主處理機，進行結(jié)果顯示和進一步的處理?？梢婎A處理在整個系統(tǒng)中起到關(guān)鍵的作用，要求預處理必須實時高速。預處理任務(wù)流程如圖2所示。

二、采用DSP的高速預處理方案

數(shù)字信號處理(DigitalSignalProcessing，簡稱DSP)是20世紀90年代迅速發(fā)展起來的新興學科，其中TI公司的TMS320系列占據(jù)了主導地位。因為DSP是一種專門進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，它的指令處理器芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)運算的優(yōu)化，因此具有很高的運算速度。比如TI公司的DSPC62X系列，定點處理能力大約在1200～2400MIPS，C67X系列浮點處理能力大約在600MOPS～1GOPS左右。因此，大多設(shè)備均采用了DSP作高速預處理的方案。

盡管DSP的各類產(chǎn)品應(yīng)用很廣，但要使它能夠深入、持久地得以發(fā)展，必須要有相應(yīng)優(yōu)秀的DSP開發(fā)系統(tǒng)提供給用戶一個靈活、方便的開發(fā)工具，使用戶在開發(fā)系統(tǒng)上可以完成對目標機的軟件、硬件系統(tǒng)的綜合調(diào)試。DSP開發(fā)系統(tǒng)對于DSP應(yīng)用系統(tǒng)來說是一項基礎(chǔ)的工作，是否有一個適用的且有效的DSP開發(fā)系統(tǒng)，往往是關(guān)系到DSP應(yīng)用成敗的關(guān)鍵因素之一。

當前DSP開發(fā)系統(tǒng)主要包括JTAG仿真開發(fā)系統(tǒng)、DSK開發(fā)系統(tǒng)、總線式DSP開發(fā)卡設(shè)計、嵌入式DSP開發(fā)系統(tǒng)。

TI公司首先實現(xiàn)的JTAG仿真系統(tǒng)，需要在設(shè)計目標板時預留出DSP適配器插座，而且在仿真時還要占用用戶板的部分資源。更重要的是，往往受制于開發(fā)系統(tǒng)的限制無法充分開發(fā)目標機的硬件資源、調(diào)試應(yīng)用軟件，特別對于移動DSP系統(tǒng)進行二次調(diào)試非常困難。

TI公司開發(fā)生產(chǎn)的DSK通過與PC機簡單接口，就可以學習使用DSP，具有實時處理的強大功能。在DSP基礎(chǔ)上，通過適當?shù)挠布U展，很容易構(gòu)成一個小型實用的DSP系統(tǒng)。而且在目標機工作正常的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)對軟件、硬件的調(diào)試工作，而且不占用目標機的任何資源。由此可以看出，DSK本身就是一個能實現(xiàn)一定功能的應(yīng)用系統(tǒng)，由于其具有串口通信的特點，因此具有一定的代表性。這類開發(fā)系統(tǒng)也有很大的局限性，就是偏重于軟件的調(diào)試。當目標機出現(xiàn)硬件故障時，無法實現(xiàn)故障的診斷與排除，而且由于采用串口通信，因此傳送速率較慢。

DSP的DS開發(fā)系統(tǒng)，結(jié)合以上兩種開發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了對目標機的軟件和硬件開發(fā)。它所采用的總線式開發(fā)目標機的思想成為目前較流行的開發(fā)方式，不但能調(diào)試DSP，也可以擴展調(diào)試任何微處理機。但是，它并沒有脫離基于仿真器的思想，因此在速度和靈活性方面受到一定的制約。

與傳統(tǒng)的基于仿真器的調(diào)試方法相比，嵌入式自我調(diào)試有許多優(yōu)點：一是避免了用仿真器調(diào)試目標板時的困難；二是用戶目標板直接與微機相聯(lián)系避免了仿真器在中間隔離，能加快調(diào)試速度：三是調(diào)試功能根據(jù)實際需要自行開發(fā)和擴展；四是軟件直接在目標板上運行，調(diào)試完畢后只需固化便可以脫機運行。可以說嵌入式開發(fā)系統(tǒng)是目前開發(fā)系統(tǒng)中最經(jīng)濟、快捷方便的方法之一，尤其是對于復雜數(shù)字信號處理算法的調(diào)試特別有效，是今后DSP開發(fā)領(lǐng)域發(fā)展的方向，但對開發(fā)者的軟、硬件設(shè)計能力水平要求較高。

因此，DSP的開發(fā)對開發(fā)者的軟、硬件設(shè)計能力水平都有很高的要求，如果要充分發(fā)揮DSP的優(yōu)勢，最好采用匯編語言進行軟件開發(fā)，這樣就會開發(fā)周期長，開發(fā)難度加大，并且DSP的軟件可移植性比較差。由于DSP的指令都和它處理器芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，每一代處理器的結(jié)構(gòu)都有所不同，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，在其之上的軟件也要發(fā)生很大的變化，如C64的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)不同于C5X，所以C64的一些指令就不同于C5X，曾經(jīng)熟悉C5X的技術(shù)人員不得不從頭開始學起C64的指令，這就給編程人員帶來了很大的不便，增加了開發(fā)的難度和周期。而且現(xiàn)在DSP芯片更新?lián)Q代很快，技術(shù)人員很難跟上更換的步伐。這就降低了整個系統(tǒng)的靈活性，軟件的可移植性差。

三、采用RTLinux的高速預處理方案

1.嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)被定義為：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應(yīng)用要求的制約。在嵌入式系統(tǒng)下系統(tǒng)一般沒有多少可用的內(nèi)存，更沒有可用的外存，操作系統(tǒng)就裝在有限的存儲器中如ROM或FLASH。嵌入式系統(tǒng)一般由一個很小的內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要定制的系統(tǒng)模塊組成，所占空間很小，具有很高的靈活性。嵌入式處理器的應(yīng)用軟件是實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。軟件要求固化存儲，軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，系統(tǒng)軟件(OS)的高實時性是基本要求。