基于RTLinux的軟件無(wú)線電偵察預(yù)處理系統(tǒng)

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

關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電；偵察系統(tǒng)；數(shù)字信號(hào)處理；嵌入式；實(shí)時(shí)Linux

一、引言

軟件無(wú)線電已成為新的第三代移動(dòng)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(wú)線電在軍事上應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，并獲得初步的成功?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)，對(duì)通信有極高的要求，當(dāng)前軍事學(xué)說(shuō)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(dòng)性、抗毀性、易維護(hù)性，而軟件無(wú)線電是現(xiàn)代軍事通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特性的關(guān)鍵。

軟件無(wú)線電的核心思想就是把寬帶數(shù)?；蚰?shù)轉(zhuǎn)換器放置在盡可能靠近天線的地方，將模擬信號(hào)數(shù)字化。從轉(zhuǎn)換器以下電臺(tái)的其它部分則通過(guò)構(gòu)建一個(gè)通用的可編程硬件平臺(tái)來(lái)完成，利用加載軟件實(shí)現(xiàn)這些部分的相應(yīng)功能。由于軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)上的開(kāi)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(tái)，而且還可象微型計(jì)算機(jī)一樣通過(guò)更新軟件和硬件模塊不斷得到升級(jí)換代來(lái)適應(yīng)新的通信發(fā)展模式。

軟件無(wú)線電對(duì)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(duì)付不了頻段寬、工作方式靈活、能夠兼容現(xiàn)役各類(lèi)電臺(tái)功能的軟件無(wú)線電通信電臺(tái)。因此，通信偵察系統(tǒng)必須采用軟件無(wú)線電模式才能滿足實(shí)際的需要。軟件無(wú)線電通信偵察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在整個(gè)軟件無(wú)線電通信偵察系統(tǒng)中，預(yù)處理的任務(wù)是實(shí)時(shí)快速地對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行（快速傅里葉變換)變換(FFT)，然后取模取極大值，經(jīng)過(guò)門(mén)限比較后將稀釋的預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)送給主處理機(jī)，進(jìn)行結(jié)果顯示和進(jìn)一步的處理?？梢?jiàn)預(yù)處理在整個(gè)系統(tǒng)中起到關(guān)鍵的作用，要求預(yù)處理必須實(shí)時(shí)高速。預(yù)處理任務(wù)流程如圖2所示。

二、采用DSP的高速預(yù)處理方案

數(shù)字信號(hào)處理(DigitalSignalProcessing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)是20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，其中TI公司的TMS320系列占據(jù)了主導(dǎo)地位。因?yàn)镈SP是一種專(zhuān)門(mén)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)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(yùn)算的優(yōu)化，因此具有很高的運(yùn)算速度。比如TI公司的DSPC62X系列，定點(diǎn)處理能力大約在1200～2400MIPS，C67X系列浮點(diǎn)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(yù)處理的方案。

盡管DSP的各類(lèi)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供給用戶一個(gè)靈活、方便的開(kāi)發(fā)工具，使用戶在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上可以完成對(duì)目標(biāo)機(jī)的軟件、硬件系統(tǒng)的綜合調(diào)試。DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì)于DSP應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)基礎(chǔ)的工作，是否有一個(gè)適用的且有效的DSP開(kāi)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(dāng)前DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要包括JTAG仿真開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、DSK開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、總線式DSP開(kāi)發(fā)卡設(shè)計(jì)、嵌入式DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。

TI公司首先實(shí)現(xiàn)的JTAG仿真系統(tǒng)，需要在設(shè)計(jì)目標(biāo)板時(shí)預(yù)留出DSP適配器插座，而且在仿真時(shí)還要占用用戶板的部分資源。更重要的是，往往受制于開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的限制無(wú)法充分開(kāi)發(fā)目標(biāo)機(jī)的硬件資源、調(diào)試應(yīng)用軟件，特別對(duì)于移動(dòng)DSP系統(tǒng)進(jìn)行二次調(diào)試非常困難。

TI公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的DSK通過(guò)與PC機(jī)簡(jiǎn)單接口，就可以學(xué)習(xí)使用DSP，具有實(shí)時(shí)處理的強(qiáng)大功能。在DSP基礎(chǔ)上，通過(guò)適當(dāng)?shù)挠布U(kuò)展，很容易構(gòu)成一個(gè)小型實(shí)用的DSP系統(tǒng)。而且在目標(biāo)機(jī)工作正常的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軟件、硬件的調(diào)試工作，而且不占用目標(biāo)機(jī)的任何資源。由此可以看出，DSK本身就是一個(gè)能實(shí)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(diǎn)，因此具有一定的代表性。這類(lèi)開(kāi)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(dāng)目標(biāo)機(jī)出現(xiàn)硬件故障時(shí)，無(wú)法實(shí)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)，結(jié)合以上兩種開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)機(jī)的軟件和硬件開(kāi)發(fā)。它所采用的總線式開(kāi)發(fā)目標(biāo)機(jī)的思想成為目前較流行的開(kāi)發(fā)方式，不但能調(diào)試DSP，也可以擴(kuò)展調(diào)試任何微處理機(jī)。但是，它并沒(méi)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(diǎn)：一是避免了用仿真器調(diào)試目標(biāo)板時(shí)的困難；二是用戶目標(biāo)板直接與微機(jī)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(shí)際需要自行開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展；四是軟件直接在目標(biāo)板上運(yùn)行，調(diào)試完畢后只需固化便可以脫機(jī)運(yùn)行?？梢哉f(shuō)嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是目前開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中最經(jīng)濟(jì)、快捷方便的方法之一，尤其是對(duì)于復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理算法的調(diào)試特別有效，是今后DSP開(kāi)發(fā)領(lǐng)域發(fā)展的方向，但對(duì)開(kāi)發(fā)者的軟、硬件設(shè)計(jì)能力水平要求較高。

因此，DSP的開(kāi)發(fā)對(duì)開(kāi)發(fā)者的軟、硬件設(shè)計(jì)能力水平都有很高的要求，如果要充分發(fā)揮DSP的優(yōu)勢(shì)，最好采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，這樣就會(huì)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，開(kāi)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(kāi)始學(xué)起C64的指令，這就給編程人員帶來(lái)了很大的不便，增加了開(kāi)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(gè)系統(tǒng)的靈活性，軟件的可移植性差。

三、采用RTLinux的高速預(yù)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(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)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(méi)有多少可用的內(nèi)存，更沒(méi)有可用的外存，操作系統(tǒng)就裝在有限的存儲(chǔ)器中如ROM或FLASH。嵌入式系統(tǒng)一般由一個(gè)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(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。軟件要求固化存儲(chǔ)，軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，系統(tǒng)軟件(OS)的高實(shí)時(shí)性是基本要求。