基于RTLinux的软件无线电侦察预处理系统

摘要：现有的软件无线电侦察系统一般采用DSP作预处理，但DSP的开发和升级难度大。在分析嵌入式实时Linux(RTLinux)操作系统的基础上，介绍了采用嵌入式实时Linux系统的预处理方案，具有良好的应用前景。

关键词：软件无线电；侦察系统；数字信号处理；嵌入式；实时Linux

一、引言

软件无线电已成为新的第三代移动通信系统3G系统的关键技术之一。另一方面，软件无线电在军事上应用也越来越广泛，并获得初步的成功。现代战争是高技术条件下的局部战争，对通信有极高的要求，当前军事学说指出现代军事通信系统应该具有互通性、灵活性、移动性、抗毁性、易维护性，而软件无线电是现代军事通信系统实现其特性的关键。

软件无线电的核心思想就是把宽带数模或模数转换器放置在尽可能靠近天线的地方，将模拟信号数字化。从转换器以下电台的其它部分则通过构建一个通用的可编程硬件平台来完成，利用加载软件实现这些部分的相应功能。由于软件无线电结构上的开放性和完全的可编程性，使它不仅能够兼容现役的多种电台，而且还可象微型计算机一样通过更新软件和硬件模块不断得到升级换代来适应新的通信发展模式。

软件无线电对通信侦察提出了新的挑战。显然，工作频率范围不宽、功能单一的传统通信侦察设备对付不了频段宽、工作方式灵活、能够兼容现役各类电台功能的软件无线电通信电台。因此，通信侦察系统必须采用软件无线电模式才能满足实际的需要。软件无线电通信侦察系统结构图如图1所示。

在整个软件无线电通信侦察系统中，预处理的任务是实时快速地对采集的信号进行（快速傅里叶变换)变换(FFT)，然后取模取极大值，经过门限比较后将稀释的预处理结果数据送给主处理机，进行结果显示和进一步的处理。可见预处理在整个系统中起到关键的作用，要求预处理必须实时高速。预处理任务流程如图2所示。

二、采用DSP的高速预处理方案

数字信号处理(DigitalSignalProcessing，简称DSP)是20世纪90年代迅速发展起来的新兴学科，其中TI公司的TMS320系列占据了主导地位。因为DSP是一种专门进行数字信号处理运算的微处理器，它的指令处理器芯片内部结构有关，能够实现运算的优化，因此具有很高的运算速度。比如TI公司的DSPC62X系列，定点处理能力大约在1200～2400MIPS，C67X系列浮点处理能力大约在600MOPS～1GOPS左右。因此，大多设备均采用了DSP作高速预处理的方案。

尽管DSP的各类产品应用很广，但要使它能够深入、持久地得以发展，必须要有相应优秀的DSP开发系统提供给用户一个灵活、方便的开发工具，使用户在开发系统上可以完成对目标机的软件、硬件系统的综合调试。DSP开发系统对于DSP应用系统来说是一项基础的工作，是否有一个适用的且有效的DSP开发系统，往往是关系到DSP应用成败的关键因素之一。

当前DSP开发系统主要包括JTAG仿真开发系统、DSK开发系统、总线式DSP开发卡设计、嵌入式DSP开发系统。

TI公司首先实现的JTAG仿真系统，需要在设计目标板时预留出DSP适配器插座，而且在仿真时还要占用用户板的部分资源。更重要的是，往往受制于开发系统的限制无法充分开发目标机的硬件资源、调试应用软件，特别对于移动DSP系统进行二次调试非常困难。

TI公司开发生产的DSK通过与PC机简单接口，就可以学习使用DSP，具有实时处理的强大功能。在DSP基础上，通过适当的硬件扩展，很容易构成一个小型实用的DSP系统。而且在目标机工作正常的情况下能够实现对软件、硬件的调试工作，而且不占用目标机的任何资源。由此可以看出，DSK本身就是一个能实现一定功能的应用系统，由于其具有串口通信的特点，因此具有一定的代表性。这类开发系统也有很大的局限性，就是偏重于软件的调试。当目标机出现硬件故障时，无法实现故障的诊断与排除，而且由于采用串口通信，因此传送速率较慢。

DSP的DS开发系统，结合以上两种开发系统的优势，实现了对目标机的软件和硬件开发。它所采用的总线式开发目标机的思想成为目前较流行的开发方式，不但能调试DSP，也可以扩展调试任何微处理机。但是，它并没有脱离基于仿真器的思想，因此在速度和灵活性方面受到一定的制约。

与传统的基于仿真器的调试方法相比，嵌入式自我调试有许多优点：一是避免了用仿真器调试目标板时的困难；二是用户目标板直接与微机相联系避免了仿真器在中间隔离，能加快调试速度：三是调试功能根据实际需要自行开发和扩展；四是软件直接在目标板上运行，调试完毕后只需固化便可以脱机运行。可以说嵌入式开发系统是目前开发系统中最经济、快捷方便的方法之一，尤其是对于复杂数字信号处理算法的调试特别有效，是今后DSP开发领域发展的方向，但对开发者的软、硬件设计能力水平要求较高。

因此，DSP的开发对开发者的软、硬件设计能力水平都有很高的要求，如果要充分发挥DSP的优势，最好采用汇编语言进行软件开发，这样就会开发周期长，开发难度加大，并且DSP的软件可移植性比较差。由于DSP的指令都和它处理器芯片内部结构有关，每一代处理器的结构都有所不同，结构发生变化后，在其之上的软件也要发生很大的变化，如C64的内部硬件结构不同于C5X，所以C64的一些指令就不同于C5X，曾经熟悉C5X的技术人员不得不从头开始学起C64的指令，这就给编程人员带来了很大的不便，增加了开发的难度和周期。而且现在DSP芯片更新换代很快，技术人员很难跟上更换的步伐。这就降低了整个系统的灵活性，软件的可移植性差。

三、采用RTLinux的高速预处理方案

1.嵌入式系统

嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约。在嵌入式系统下系统一般没有多少可用的内存，更没有可用的外存，操作系统就装在有限的存储器中如ROM或FLASH。嵌入式系统一般由一个很小的内核及一些可以根据需要定制的系统模块组成，所占空间很小，具有很高的灵活性。嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。软件要求固化存储，软件代码要求高质量、高可靠性，系统软件(OS)的高实时性是基本要求。