基于RTLinux的軟件無線電偵察預處理系統

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

關鍵詞：軟件無線電；偵察系統；數字信號處理；嵌入式；實時Linux

一、引言

軟件無線電已成為新的第三代移動通信系統3G系統的關鍵技術之一。另一方面，軟件無線電在軍事上應用也越來越廣泛，并獲得初步的成功。現代戰爭是高技術條件下的局部戰爭，對通信有極高的要求，當前軍事學說指出現代軍事通信系統應該具有互通性、靈活性、移動性、抗毀性、易維護性，而軟件無線電是現代軍事通信系統實現其特性的關鍵。

軟件無線電的核心思想就是把寬帶數模或模數轉換器放置在盡可能靠近天線的地方，將模擬信號數字化。從轉換器以下電臺的其它部分則通過構建一個通用的可編程硬件平臺來完成，利用加載軟件實現這些部分的相應功能。由于軟件無線電結構上的開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更新軟件和硬件模塊不斷得到升級換代來適應新的通信發展模式。

軟件無線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、能夠兼容現役各類電臺功能的軟件無線電通信電臺。因此，通信偵察系統必須采用軟件無線電模式才能滿足實際的需要。軟件無線電通信偵察系統結構圖如圖1所示。

在整個軟件無線電通信偵察系統中，預處理的任務是實時快速地對采集的信號進行（快速傅里葉變換)變換(FFT)，然后取模取極大值，經過門限比較后將稀釋的預處理結果數據送給主處理機，進行結果顯示和進一步的處理。可見預處理在整個系統中起到關鍵的作用，要求預處理必須實時高速。預處理任務流程如圖2所示。

二、采用DSP的高速預處理方案

數字信號處理(DigitalSignalProcessing，簡稱DSP)是20世紀90年代迅速發展起來的新興學科，其中TI公司的TMS320系列占據了主導地位。因為DSP是一種專門進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，能夠實現運算的優化，因此具有很高的運算速度。比如TI公司的DSPC62X系列，定點處理能力大約在1200～2400MIPS，C67X系列浮點處理能力大約在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的各類產品應用很廣，但要使它能夠深入、持久地得以發展，必須要有相應優秀的DSP開發系統提供給用戶一個靈活、方便的開發工具，使用戶在開發系統上可以完成對目標機的軟件、硬件系統的綜合調試。DSP開發系統對于DSP應用系統來說是一項基礎的工作，是否有一個適用的且有效的DSP開發系統，往往是關系到DSP應用成敗的關鍵因素之一。

當前DSP開發系統主要包括JTAG仿真開發系統、DSK開發系統、總線式DSP開發卡設計、嵌入式DSP開發系統。

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

TI公司開發生產的DSK通過與PC機簡單接口，就可以學習使用DSP，具有實時處理的強大功能。在DSP基礎上，通過適當的硬件擴展，很容易構成一個小型實用的DSP系統。而且在目標機工作正常的情況下能夠實現對軟件、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本身就是一個能實現一定功能的應用系統，由于其具有串口通信的特點，因此具有一定的代表性。這類開發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，無法實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開發系統，結合以上兩種開發系統的優勢，實現了對目標機的軟件和硬件開發。它所采用的總線式開發目標機的思想成為目前較流行的開發方式，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點：一是避免了用仿真器調試目標板時的困難；二是用戶目標板直接與微機相聯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際需要自行開發和擴展；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。可以說嵌入式開發系統是目前開發系統中最經濟、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開發領域發展的方向，但對開發者的軟、硬件設計能力水平要求較高。

因此，DSP的開發對開發者的軟、硬件設計能力水平都有很高的要求，如果要充分發揮DSP的優勢，最好采用匯編語言進行軟件開發，這樣就會開發周期長，開發難度加大，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，每一代處理器的結構都有所不同，結構發生變化后，在其之上的軟件也要發生很大的變化，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，曾經熟悉C5X的技術人員不得不從頭開始學起C64的指令，這就給編程人員帶來了很大的不便，增加了開發的難度和周期。而且現在DSP芯片更新換代很快，技術人員很難跟上更換的步伐。這就降低了整個系統的靈活性，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、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是面向用戶、面向產品、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有多少可用的內存，更沒有可用的外存，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現嵌入式系統功能的關鍵。軟件要求固化存儲，軟件代碼要求高質量、高可靠性，系統軟件(OS)的高實時性是基本要求。