基于OMAP軟件無線電平臺設計與實現(xiàn)

摘要：文章根據(jù)軟件無線電的基本原理，使用OMAP3530處理器和FPGA，設計了一個新型的軟件無線電平臺，以滿足高性能、低功耗和便攜性的需求。
關鍵詞：軟件無線電；SoC；OMAP；FPGA

0 前言
SoC技術已獲得IC產(chǎn)業(yè)的廣泛關注。IC供應商還推出基于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雙核結構，集成了傳統(tǒng)的嵌入式控制芯片和DSP信號處理芯片的電源。OMAP(TM)的處理器，是理想的便攜式、低功耗和高性能的，對應用程序有很高的要求。
OMAP(TM)的3系列處理器的上市時間較短暫，系統(tǒng)的體系結構和軟件的概念相對較新，但適應于絕大多數(shù)的系統(tǒng)開發(fā)。本文研究OMAP(TM)的處理器，對軟件無線電理論進行有益的探索，設計了一個新的平臺，具有低功耗和便攜的特點。

1 OMAP技術概述
開放式多媒體應用平臺(Open Multimedia Application Platform，簡稱OMAP)是美國德州儀器公司推出的以第三代移動通信發(fā)展為導向的處理器平臺。OMAP已成為一個事實上的行業(yè)標準，大量的IT設備制造商基于OMAP平臺來開發(fā)下一代通信設備。
OMAP技術具有以下特點：1)低功耗；2)可移植性；3)打開。

2 OMAP多核軟件無線電平臺設計
OMAP多核心的軟件定義無線電平臺，主要設計目標是支持短波和調(diào)頻廣播電臺為1M～110M信號頻帶的性能測試，包括：
·支持寬帶固定頻率和跳頻測試；
·支持全州無線電測試；
·支持無線電頻道的模擬環(huán)境測試。
2．1 中頻-基帶信號處理
當前的無線通信技術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ADC的采樣率和有效帶寬等指標提出了較高要求，而且對后續(xù)的數(shù)字信號處理器件和算法提出了極高的要求，這對于目前的IC設計水平來說是不現(xiàn)實的。在實際系統(tǒng)中，模擬電路更高頻率的射頻信號移動，那么用AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號處理。實際通信系統(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價(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軟件無線電平臺，也考慮到這樣的功能設計。OMAP平臺可以通過網(wǎng)絡與計算機連接，和OMAP平臺可以互相連接。因此，算法仿真任務可以劃分成多個平行單位完成網(wǎng)絡上的OMAP處理器的一部分。
主要應用的OMAP多核心的軟件定義無線電平臺的短波和調(diào)頻收音機的性能測試，包括發(fā)射機的測量和接收機測量。

3 系統(tǒng)架構
該系統(tǒng)采用FPGA+OMAP結構。為了提高輸入信號功率的動態(tài)范圍，模擬信號處理模塊的系統(tǒng)設計主要包括兩個數(shù)字控制衰減器芯片的輸入和輸出的射頻信號功率控制。即使沒有連接到模擬前端，通過射頻電纜，建立短波和超短波通信的一部分。
無線電路徑和音頻路徑：這兩個信號通路的硬件平臺，射頻信號和音頻信號通過ADC進行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字前端處理在FPGA做后續(xù)OMAP算術運算。根據(jù)功能，硬件系統(tǒng)分為五個部分：1)模擬信號處理單元；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)字信號處理單元；5)其他。

4 多核軟件無線電平臺軟件設計
根據(jù)功能需求，基于平臺FPGA+OMAP數(shù)字信號處理架構，開發(fā)了一個軟件平臺和描述的軟件平臺來實現(xiàn)關鍵要素。
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)建一個引導設備列表。根據(jù)系統(tǒng)啟動的狀態(tài)引腳，創(chuàng)建列表，包含設備的代碼，可以查詢到啟動程序映像。
(3)啟動程序，逐一檢查設備在引導列表中的表示，一旦設備存在，并獲得正確的命令，從設備開始。
(4)如從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)存儲設備。
(5)運行的圖像文件。