嵌入式開(kāi)發(fā)：車(chē)載軟件無(wú)線(xiàn)電設計與應用

最近幾年，無(wú)線(xiàn)應用已經(jīng)有了快速而且廣泛的發(fā)展。毫無(wú)疑問(wèn)，無(wú)線(xiàn)設備給我們的生活和工作帶來(lái)了極大的便利，比如，手機使我們能夠隨時(shí)隨地地進(jìn)行對話(huà)，大大地提高了溝通的效率。與此相對應，越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)技術(shù)被創(chuàng )新性地集成在汽車(chē)應用中，使駕駛也成為了一種舒適生活的體驗。下表列舉了目前常見(jiàn)的汽車(chē)無(wú)線(xiàn)應用。

這些還沒(méi)有包括紅外無(wú)線(xiàn)應用、遙控鑰匙等，加上將來(lái)肯定會(huì )集成到車(chē)內的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )和4G通訊網(wǎng)絡(luò )，汽車(chē)相關(guān)的無(wú)線(xiàn)系統會(huì )涵蓋一個(gè)相當大的范疇。然而無(wú)線(xiàn)應用不僅要適用于相關(guān)的頻率，還要滿(mǎn)足規定的調制算法。所以現有的車(chē)載無(wú)線(xiàn)應用都是采用單獨的軟硬件模塊來(lái)實(shí)現的。比如收音機，普遍的解決方案是利用一個(gè)收音機模塊進(jìn)行收音解調，然后通過(guò)專(zhuān)門(mén)的通訊協(xié)議（比如I2C）和主處理器交互，并顯示在人機界面上。

獨立的軟硬件模塊通常意味著(zhù)簡(jiǎn)潔的軟件設計和較低的硬件成本。不過(guò)它也有它的弱點(diǎn)：硬件模塊的更改通常意味著(zhù)比較大的系統改變。比如收音機要加上RDS的功能，一般要重新選擇新的收音機模塊，重新設計系統接口以適應新的收音機模塊，重新設計軟件來(lái)容納RDS功能等。

車(chē)載無(wú)線(xiàn)應用涉及眾多的獨立硬件模塊和快速發(fā)展的新技術(shù)，同時(shí)變更硬件模塊和修改軟件模塊可能會(huì )導致滯后的上市時(shí)間和較高的設計成本。軟件無(wú)線(xiàn)電是一個(gè)蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域，以下本文將就在車(chē)載系統中引入軟件無(wú)線(xiàn)電模塊展開(kāi)討論。

軟件無(wú)線(xiàn)電簡(jiǎn)介

傳統的無(wú)線(xiàn)電應用都是依靠模擬電路來(lái)實(shí)現的。軟件無(wú)線(xiàn)電的目的就是把無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域的硬件問(wèn)題變成軟件問(wèn)題，其基本思想就是用軟件解調接收到的電磁波和用軟件控制發(fā)射的電磁波。軟件無(wú)線(xiàn)電的基本框架如下圖。

從框圖中可以看到，模數/數模轉換器是聯(lián)系連續的模擬信號和分立的數字信號的橋梁，而軟件可以控制的是數字信號。應用軟件代碼高效分析和合理控制數字信號，軟件無(wú)線(xiàn)電原則上可以實(shí)現傳統無(wú)線(xiàn)電的所有應用，并且具有傳統無(wú)線(xiàn)電設備所沒(méi)有的靈活性——軟件代碼實(shí)際上可以根據用戶(hù)的需求實(shí)時(shí)調整。也就是說(shuō)，使用同一塊硬件，軟件無(wú)線(xiàn)電軟件可以完成傳統無(wú)線(xiàn)電需要多塊硬件才能完成的任務(wù)，比如同時(shí)接收FM信號和電視信號。

車(chē)載軟件無(wú)線(xiàn)電

現在是考慮用軟件無(wú)線(xiàn)電來(lái)代替汽車(chē)內傳統無(wú)線(xiàn)電應用的時(shí)候了。要實(shí)現這個(gè)方案，首先需要設計一個(gè)通用的軟件無(wú)線(xiàn)電模塊。這個(gè)模塊應該包含示意圖中的模塊，而且還要有較好的靈活性，最后還必須有和外部設備通訊的高速接口。下圖給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的示意例子。

其中，DAC是數模轉換器，ADC是模數轉換器，BUS是可編程接口。

其次，看一看作為可編程單元的FPGA.當主控單元通過(guò)可編程接口配置好FPGA之后，FPGA就會(huì )按照我們預先設計的程序進(jìn)行工作。在軟件無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域，以接收為例，FPGA完成的任務(wù)包括按照主控單元指定的頻率段把ADC數據轉化為基頻段數據，即所謂數字化下行轉換。這個(gè)轉換過(guò)去是非常消耗系統資源的，隨著(zhù)硬件處理能力的提高和軟件算法的更新，無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域的上下行轉換目前基本上可以實(shí)時(shí)完成。賽靈思和Altera都提供高性能的FPGA，它們完全可以勝任上述任務(wù)。

再其次，數字化下行轉換后的數據會(huì )通過(guò)可編程接口傳輸給主控單元。這個(gè)數據的流量會(huì )根據應用和數字化下行轉換算法的不同有較大的變化。典型的數據率是每秒數十兆字節，這個(gè)速度可以適應目前車(chē)內常用的無(wú)線(xiàn)系統，而滿(mǎn)足這個(gè)數據率的通用接口可以選：

一般地，USB總線(xiàn)是一個(gè)很好的選擇：簡(jiǎn)便而易得。