基于SCA規范下FPGA的硬件抽象層設計

　軟件無(wú)線(xiàn)電(Software Radio)是指用軟件定義的、能實(shí)現多種功能的無(wú)線(xiàn)電通訊系統，其核心思想是構造一個(gè)具有開(kāi)放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，以將各種功能(如工作頻段、調制解調類(lèi)型、數據格式、加密模式、通信協(xié)議等)用軟件來(lái)完成，從而通過(guò)加載不同的通信軟件來(lái)實(shí)現不同的通信模式和功能。由于功能的定義和實(shí)現都由軟件完成，所以可以通過(guò)配置不同的參數來(lái)支持不同電臺系統的互連互通，這使得軟件定義無(wú)線(xiàn)電具有很強的靈活性。

　　由于軟件無(wú)線(xiàn)電的諸多優(yōu)點(diǎn)，美軍的聯(lián)合戰術(shù)無(wú)線(xiàn)電系統(JTRS)計劃采用了軟件無(wú)線(xiàn)電的設計思想，并定義了軟件通信體系結構(SCA)規范。目的是實(shí)現電臺硬件的模塊化，軟件的可移植、可重用和可互操作性。將SCA體系結構逐漸擴展到2 GHz以上使用時(shí)，如果還在SCA的硬件體系結構中僅僅使用通用處理器(GPP)和DSP等，將無(wú)法滿(mǎn)足高速數字信號處理發(fā)展的需求，因此，能更好適應高速數字信號處理的可編程器件(FPGA)將不可避免的需要應用到SCA的硬件平臺中。目前，FPGA并不支持CORBA中間件，故不能直接應用到SCA體系結構中。另外，由于FPGA芯片的外部輸入／輸出端口沒(méi)有像通用處理器和DSP芯片那樣從應用程序中抽象出來(lái)，當每次應用程序代碼移植到新的平臺時(shí)，這些接口都要改變，這一點(diǎn)不利于實(shí)現波形應用的可移植性。

　　SCA3.0規范中提出了硬件抽象層連接(HAL-C)的概念。硬件抽象層可對具體硬件的實(shí)現進(jìn)行抽象，它介于硬件平臺和運行于硬件平臺上的軟件之間。負責完成軟件設計中與硬件相關(guān)的內容，并完成相關(guān)的接口功能，它可使軟件的設計很好地獨立于硬件，從而有效地提高軟件設計的可移植性。使得在JTRS設備的開(kāi)發(fā)過(guò)程中能實(shí)現應用軟件的設計與通用硬件平臺的開(kāi)發(fā)相分離，盡可能減小硬件平臺的具體結構對應用軟件設計的影響。

　　1硬件抽象層的基本概念及結構

　　HAL-C通過(guò)對硬件單元的對外接口進(jìn)行抽象，從而定義了一系列標準的通信應用編程接口(API)，以實(shí)現與外部的通信功能。這樣，當要求與外部通信時(shí)，僅需要通過(guò)對定義好的不同的API進(jìn)行調用即可，這將極大地減小硬件平臺結構對軟件設計的影響，有效地降低對重要軟件組件接口進(jìn)行重新編寫(xiě)的可能性。

　　1.1基本概念

　　在硬件抽象層概念中，波形(Waveform)一般是指為了實(shí)現信息的無(wú)線(xiàn)傳輸而對信息所采取的一系列變換，一般包括無(wú)線(xiàn)通信雙方為實(shí)現傳輸而采取的所有協(xié)議；處理元件(Processing Element，PE)是指一個(gè)能夠執行信號處理功能的硬件組件，通常GPP、DSP、FPGA、ASIC或者其它的能夠執行信號處理功能的硬件設備都可以看作是一個(gè)處理元件；硬件抽象層組件(HAI-CComponent，HC)是完成一定處理功能的一個(gè)功能模塊，它屬于波形應用的一個(gè)部分，通常HC是一個(gè)執行于目標設備上的、由波形開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)的軟件模塊，HC需要運行于一個(gè)給定的PE上，且同一個(gè)PE可以運行多個(gè)HC。

　　1.2硬件抽象層基本結構

　　硬件抽象層連接時(shí)，可根據不同硬件模塊的特點(diǎn)對硬件模塊進(jìn)行抽象，抽象后的硬件再對外接口。對于軟件模塊的設計者來(lái)說(shuō)，只是提供收發(fā)數據的功能，那么，具體如何實(shí)現收發(fā)功能即不需要軟件設計者考慮。其典型的HAL-C模型如圖1所示。