嵌入式計算機在軟件無(wú)線(xiàn)電方面的應用

摘要：介紹了嵌入式計算機的特點(diǎn)及分類(lèi)。然后討論了DSP技術(shù)在軟件無(wú)線(xiàn)電中面臨的挑戰及如何應用DSP技術(shù)進(jìn)行軟件設計。并給出了一 種基于TMS320C5402的軟件無(wú)線(xiàn)系統模式。

關(guān)鍵詞：嵌入式計算機；嵌入式系統；DSP；軟件無(wú)線(xiàn)電

引言

嵌入式計算機通常指埋藏在宿主設備中的微處理機系統，此類(lèi)計

算機一般不被設備使用者注意，亦稱(chēng)埋藏式計算機，典型機種如微控 制器、微處理器和數字信號處理器（DSP）等。嵌入式系統的出現至 今有三十多年了，嵌入式技術(shù)也歷經(jīng)了幾個(gè)發(fā)展階段。近十年來(lái)，以 計算機和軟件為核心的數字化技術(shù)迅猛發(fā)展，不僅廣泛滲透到社會(huì )經(jīng)濟、軍事、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，而且深入到家電、娛樂(lè )、藝術(shù)、 社會(huì )文化等各個(gè)領(lǐng)域，掀起了一場(chǎng)數字化技術(shù)革命。隨著(zhù)移動(dòng)通信與 互聯(lián)網(wǎng)的應用迅速普及，消費電子、計算機、通信（3C）一體化趨勢 日趨明顯，嵌入式技術(shù)的研究掀起了新的高潮。

隨著(zhù)DSP技術(shù)的逐步發(fā)展，相信將會(huì )使軟件無(wú)線(xiàn)電的發(fā)展更加迅 速，從而也推動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信的進(jìn)一步發(fā)展。

1. 嵌入式計算機

嵌入式計算機是嵌入應用系統中的計算機。例如：嵌入到醫療儀

器、工業(yè)機器人、高級音響、通訊設備、潛艇等系統中的計算機都是 嵌入式計算機。嵌入式微處理器和通用微處理器最大的不同就是嵌入 式微處理器多數工作在用戶(hù)自己設計的系統中。

以往我們按照計算機的體系結構、運算速度、結構規模、所適 用的領(lǐng)域，對計算機進(jìn)行分類(lèi)。隨著(zhù)計算機技術(shù)和產(chǎn)品對其它行業(yè)的 廣泛滲透，以應用為中心的分類(lèi)方法變得更為切合實(shí)際，也就是按計算機的嵌入式應用和非嵌入式應用將其分為嵌入式計算機和通用計算 機。通用計算機具有計算機標準形態(tài)，通過(guò)裝配不同的應用軟件，以 類(lèi)同面目出現并應用在社會(huì )的各個(gè)方面，其典型產(chǎn)品為PC。而嵌入式 計算機則是以嵌入式系統的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統中。

嵌入式系統的核心部件是各種類(lèi)型的嵌入式處理器，據不完全統 計，全世界嵌入式處理器的品種總量已超過(guò)1000多種，流行的體系結構有30幾個(gè)系列，其中8051體系的占有多半。嵌入式處理器的尋址空間一 般從64KB~16MB，處理速度從0.1MIPS到2000MIPS，常用封裝從8個(gè)引 腳到144個(gè)引腳。根據其現狀，嵌入式計算機可分為以下幾類(lèi)。

（1）嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit ，EMPU) 嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，將 微處理器裝配在專(zhuān)門(mén)設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關(guān)的母 板功能,這樣可以大幅度減小系統體積和功耗。為了滿(mǎn)足嵌入式應用 的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一 樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強，和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、 成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、

總線(xiàn)接口、各種外設等器件，從而降低了系統的可靠性，技術(shù)保密性 也較差。嵌入式微處理器及其存儲器、總線(xiàn)、外設等安裝在一塊電 路板上，稱(chēng)為單板計算機。如STD-BUS、PC104等。近年來(lái)，德國、 日本的一些公司又開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似“火柴盒”式名片大小的嵌入式計 算機系列OEM產(chǎn)品。嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、 SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。

（2）嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，MCU) 嵌入式微控制器又稱(chēng)單片機，顧名思義，就是將整個(gè)計算機系

統集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內核 為核心，芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線(xiàn)、總線(xiàn)邏輯、定 時(shí)/計數器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、 FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設.為適應不同的應用需 求，一般一個(gè)系列的單片機具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內核都是一樣的，不同的是存儲器和外設的配置及封裝。這樣可以 使單片機最大限度地和應用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功 耗和成本。

SoC可以分為通用和專(zhuān)用兩類(lèi)。通用系列包括Infineon(Siemens) 的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和 Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專(zhuān)用SoC一般專(zhuān)用于某個(gè)或某 類(lèi)系統中，不為一般用戶(hù)所知。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是Philips的 SmartXA，它將XA單片機內核和支持超過(guò)2048位復雜RSA算法的 CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載JAVA或C語(yǔ)言的專(zhuān)用的 SoC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。

2. 軟件無(wú)線(xiàn)電概述

軟件無(wú)線(xiàn)電（Software Radios，簡(jiǎn)稱(chēng)SWR）技術(shù)是近年來(lái)提出的

一種實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的新的體系結構。它是針對現有無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域存在 的如多種通信體系共存、各種標準競爭激烈、頻率資源緊張等等一些 問(wèn)題，尤其是個(gè)人無(wú)線(xiàn)通信系統的發(fā)展，使得新的系統層出不窮，產(chǎn)品生存周期越來(lái)越短，原有的以硬件為主的無(wú)線(xiàn)通信體制難以適應新 形勢的需要運用而生的。

軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)通過(guò)構造一個(gè)具有開(kāi)放性、標準化、模塊化的通 用硬件平臺，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，并使寬帶模數（A/D）和數模

（D/A）轉換器盡可能靠近天線(xiàn)，以研制出具有高度靈活性和開(kāi)放性 的新一代無(wú)線(xiàn)通信系統。其主要特點(diǎn)有：

靈活性強，可以通過(guò)增加軟件模塊來(lái)增加新的功能； 集中性較強，多個(gè)信道享有共同的射頻前端與寬帶A/D/A轉換器

以獲取每一信道的相對廉價(jià)的信號處理性能； 開(kāi)放性較強，具有標準化、模塊化的結構，硬件可以更新或擴

展，軟件可以隨需要而不斷升級。 軟件無(wú)線(xiàn)電的宗旨就是將寬帶A/D和D/A的變換盡可能地靠近天

線(xiàn)，對數字化后的信號采用數字信號處理（DSP）技術(shù)，在可編程控 制的硬件平臺上，利用軟件來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)電的各部分功能，即整個(gè)無(wú)線(xiàn) 電臺從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全由軟件編程來(lái)實(shí)現。

理想軟件無(wú)線(xiàn)電的結構如（圖1）所示。主要由天線(xiàn)、射頻 前端、寬帶A/D-D/A轉換器、通用和專(zhuān)用數字信號處理器以及各

一組程序總線(xiàn)和三組數據總線(xiàn)，高度并行的算術(shù)邏輯單元ALU，專(zhuān)用 硬件邏輯，片內存儲器，片內外設和高度專(zhuān)業(yè)化的指令集，使該芯片 速度更快，操作更靈活。