基于RTLinux的軟件無(wú)線(xiàn)電偵察預處理系統

摘要：現有的軟件無(wú)線(xiàn)電偵察系統一般采用DSP作預處理，但DSP的開(kāi)發(fā)和升級難度大。在分析嵌入式實(shí)時(shí)Linux(RTLinux)操作系統的基礎上，介紹了采用嵌入式實(shí)時(shí)Linux系統的預處理方案，具有良好的應用前景。

關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線(xiàn)電；偵察系統；數字信號處理；嵌入式；實(shí)時(shí)Linux

一、引言

軟件無(wú)線(xiàn)電已成為新的第三代移動(dòng)通信系統3G系統的關(guān)鍵技術(shù)之一。另一方面，軟件無(wú)線(xiàn)電在軍事上應用也越來(lái)越廣泛，并獲得初步的成功?，F代戰爭是高技術(shù)條件下的局部戰爭，對通信有極高的要求，當前軍事學(xué)說(shuō)指出現代軍事通信系統應該具有互通性、靈活性、移動(dòng)性、抗毀性、易維護性，而軟件無(wú)線(xiàn)電是現代軍事通信系統實(shí)現其特性的關(guān)鍵。

軟件無(wú)線(xiàn)電的核心思想就是把寬帶數?；蚰缔D換器放置在盡可能靠近天線(xiàn)的地方，將模擬信號數字化。從轉換器以下電臺的其它部分則通過(guò)構建一個(gè)通用的可編程硬件平臺來(lái)完成，利用加載軟件實(shí)現這些部分的相應功能。由于軟件無(wú)線(xiàn)電結構上的開(kāi)放性和完全的可編程性，使它不僅能夠兼容現役的多種電臺，而且還可象微型計算機一樣通過(guò)更新軟件和硬件模塊不斷得到升級換代來(lái)適應新的通信發(fā)展模式。

軟件無(wú)線(xiàn)電對通信偵察提出了新的挑戰。顯然，工作頻率范圍不寬、功能單一的傳統通信偵察設備對付不了頻段寬、工作方式靈活、能夠兼容現役各類(lèi)電臺功能的軟件無(wú)線(xiàn)電通信電臺。因此，通信偵察系統必須采用軟件無(wú)線(xiàn)電模式才能滿(mǎn)足實(shí)際的需要。軟件無(wú)線(xiàn)電通信偵察系統結構圖如圖1所示。

在整個(gè)軟件無(wú)線(xiàn)電通信偵察系統中，預處理的任務(wù)是實(shí)時(shí)快速地對采集的信號進(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處理結果數據送給主處理機，進(jìn)行結果顯示和進(jìn)一步的處理?？梢?jiàn)預處理在整個(gè)系統中起到關(guān)鍵的作用，要求預處理必須實(shí)時(shí)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

數字信號處理(DigitalSignalProcessing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)是20世紀90年代迅速發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，其中TI公司的TMS320系列占據了主導地位。因為DSP是一種專(zhuān)門(mén)進(jìn)行數字信號處理運算的微處理器，它的指令處理器芯片內部結構有關(guān)，能夠實(shí)現運算的優(yōu)化，因此具有很高的運算速度。比如TI公司的DSPC62X系列，定點(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，大多設備均采用了DSP作高速預處理的方案。

盡管DSP的各類(lèi)產(chǎn)品應用很廣，但要使它能夠深入、持久地得以發(fā)展，必須要有相應優(yōu)秀的DSP開(kāi)發(fā)系統提供給用戶(hù)一個(gè)靈活、方便的開(kāi)發(fā)工具，使用戶(hù)在開(kāi)發(fā)系統上可以完成對目標機的軟件、硬件系統的綜合調試。DSP開(kāi)發(fā)系統對于DSP應用系統來(lái)說(shuō)是一項基礎的工作，是否有一個(gè)適用的且有效的DSP開(kāi)發(fā)系統，往往是關(guān)系到DSP應用成敗的關(guān)鍵因素之一。

當前DSP開(kāi)發(fā)系統主要包括JTAG仿真開(kāi)發(fā)系統、DSK開(kāi)發(fā)系統、總線(xiàn)式DSP開(kāi)發(fā)卡設計、嵌入式DSP開(kāi)發(fā)系統。

TI公司首先實(shí)現的JTAG仿真系統，需要在設計目標板時(shí)預留出DSP適配器插座，而且在仿真時(shí)還要占用用戶(hù)板的部分資源。更重要的是，往往受制于開(kāi)發(fā)系統的限制無(wú)法充分開(kāi)發(fā)目標機的硬件資源、調試應用軟件，特別對于移動(dòng)DSP系統進(jìn)行二次調試非常困難。

TI公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的DSK通過(guò)與PC機簡(jiǎn)單接口，就可以學(xué)習使用DSP，具有實(shí)時(shí)處理的強大功能。在DSP基礎上，通過(guò)適當的硬件擴展，很容易構成一個(gè)小型實(shí)用的DSP系統。而且在目標機工作正常的情況下能夠實(shí)現對軟件、硬件的調試工作，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(gè)能實(shí)現一定功能的應用系統，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)系統也有很大的局限性，就是偏重于軟件的調試。當目標機出現硬件故障時(shí)，無(wú)法實(shí)現故障的診斷與排除，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，結合以上兩種開(kāi)發(fā)系統的優(yōu)勢，實(shí)現了對目標機的軟件和硬件開(kāi)發(fā)。它所采用的總線(xiàn)式開(kāi)發(fā)目標機的思想成為目前較流行的開(kāi)發(fā)方式，不但能調試DSP，也可以擴展調試任何微處理機。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。

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

因此，DSP的開(kāi)發(fā)對開(kāi)發(fā)者的軟、硬件設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(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，這樣就會(huì )開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，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部結構有關(guān)，每一代處理器的結構都有所不同，結構發(fā)生變化后，在其之上的軟件也要發(fā)生很大的變化，如C64的內部硬件結構不同于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

嵌入式系統被定義為：以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎，軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。嵌入式系統是面向用戶(hù)、面向產(chǎn)品、面向應用的，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用要求的制約。在嵌入式系統下系統一般沒(méi)有多少可用的內存，更沒(méi)有可用的外存，操作系統就裝在有限的存儲器中如ROM或FLASH。嵌入式系統一般由一個(gè)很小的內核及一些可以根據需要定制的系統模塊組成，所占空間很小，具有很高的靈活性。嵌入式處理器的應用軟件是實(shí)現嵌入式系統功能的關(guān)鍵。軟件要求固化存儲，軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，系統軟件(OS)的高實(shí)時(shí)性是基本要求。