FPGA及動(dòng)態(tài)可重構技術(shù)在軟件無(wú)線(xiàn)電中的應用

2.2 DPR在SDR硬件平臺中的應用

如圖3所示，平臺的頂層為調制解調算法模塊。本文以美國軍方短波通信系統標準MIL-STD-188-110B調制解調算法的實(shí)現進(jìn)行說(shuō)明，圖4所示為其實(shí)現框圖。

該標準支持不同的比特速率和交織長(cháng)度，在調制算法中格雷映射、符號生成和同步前導頭與訓練序列有所差別，故將其劃分為動(dòng)態(tài)模塊，其余為靜態(tài)模塊。相應的，在解調模塊當中，符號解析、格雷映射和解交織模塊算法有所差別，劃分為動(dòng)態(tài)模塊。在硬件實(shí)現過(guò)程中，由于不同模塊處理數據的速率不相同，因此需增加一個(gè)時(shí)鐘生成模塊，并將其劃分為動(dòng)態(tài)模塊。

之后，根據EAPR設計流程生成不同條件下的不同功能的部分比特流及全局靜態(tài)比特流。設計實(shí)現的動(dòng)態(tài)部分可重構調制解調器框圖分別如圖5、圖6所示。與模塊化設計方法相比，設計過(guò)程中動(dòng)態(tài)和靜態(tài)區域并不需要占據FPGA的整列，提高了FPGA的資源利用率。另一點(diǎn)不同之處在于模塊化設計方法中總線(xiàn)宏是基于TBUF的，而EAPR總線(xiàn)宏是基于slice的。

實(shí)驗表明，發(fā)射機系統的一個(gè)部分重配置比特流的大小為269 KB，為全局比特流（1 415 KB）的19.0%，因而所需的用于存儲配置比特流的空間較小，配置速度相對較快，所需配置時(shí)間約為全局配置時(shí)間的19.0%。

3 FPGA組件在SCA中的集成

根據參考文獻[4]的內容，可加載到軟件無(wú)線(xiàn)電平臺上的波形組件分為運行于通用處理器上的SCA組件和運行于專(zhuān)用硬件處理器(SHP)上的組件。FPGA組件屬于SHP組件中的RPL（寄存器傳輸級可編程邏輯）組件，用HDL語(yǔ)言實(shí)現功能，但不支持CORBA。為使該類(lèi)型的組件能夠集成到SCA系統中，必須在設計時(shí)使其接口滿(mǎn)足特定的規范，使之具有可移植性和可復用性。本文中FPGA組件按照OCP協(xié)議進(jìn)行接口封裝。參考文獻[5]介紹了關(guān)于整個(gè)OCP協(xié)議的接口設置、工作原理和時(shí)序邏輯。

3.1 FPGA組件的代碼生成

由于波形應用是由波形組件和域描述文件組成的，波形組件完成相應的功能，域描述文件提供組件之間的裝配、連接、屬性等信息，因此需要通過(guò)解析軟件組件描述（SCD）文件和接口定義來(lái)獲得OCP接口。SCD文件中定義了組件的端口列表，OCP模塊就是要實(shí)現的組件。在接口庫中已經(jīng)定義好了各種接口類(lèi)型。通過(guò)查詢(xún)接口庫，可以獲得符合要求的接口，具體要實(shí)現的功能則由接口的參數決定。最終需要產(chǎn)生一個(gè)OCP接口配置文件，它以文本的形式描述了組件的內核和接口信息。

通過(guò)分析OCP接口配置文件，可以生成OCP接口的VHDL代碼。代碼中包括一個(gè)實(shí)體描述和空結構體以及一個(gè)VHDL語(yǔ)言包，實(shí)體表示滿(mǎn)足OCP接口封裝的組件，OCP接口則對應于實(shí)體的端口，端口的類(lèi)型由其所在接口的類(lèi)型決定。組件開(kāi)發(fā)者將完成特定需求功能的代碼移入空的結構體中，便得到組件的完整的VHDL代碼。

3.2 FPGA組件在SCA中的集成

SCA組件都需要通過(guò)CORBA進(jìn)行通信，而FPGA組件不使用CORBA，它的實(shí)現可分為實(shí)現體(worker)和通用代理(generic proxy)兩部分。其中worker是在SHP容器中執行的功能組件實(shí)體；generic proxy相當于SCA中的適配器。

通用代理是SCA適配器概念的實(shí)例化，是由SHP邏輯設備的每一個(gè)“執行”操作創(chuàng )建的CORBA對象，類(lèi)似于應用工廠(chǎng)在每一次“創(chuàng )建”操作時(shí)創(chuàng )建CF∷Application對象以及域管理器在每一次“安裝”操作時(shí)創(chuàng )建應用工廠(chǎng)。當要求SHP邏輯設備實(shí)例化SHP組件時(shí)，通過(guò)使用load、execute命令創(chuàng )建代表SHP容器中實(shí)體的本地CORBA對象。它可以與SHP容器通信，用于下載、創(chuàng )建、控制和配置worker。相對于GPP邏輯設備的執行操作會(huì )產(chǎn)生一個(gè)GPP組件實(shí)現本身所對應的CORBA對象索引，SHP邏輯設備的執行操作會(huì )產(chǎn)生相應的通用代理的CORBA對象索引。

本文基于FPGA主要實(shí)現了動(dòng)態(tài)部分可重構實(shí)驗平臺，并將其應用到SDR硬件平臺調制解調算法實(shí)現中，提高了系統的靈活性和可擴展性。同時(shí)討論了FPGA組件集成到SCA中的設計方法以及相關(guān)的技術(shù)，從而能夠縮短系統的開(kāi)發(fā)設計時(shí)間，增強組件的可移植性、可復用性和重新被設計的能力。