嵌入式计算机在软件无线电方面的应用

摘要：介绍了嵌入式计算机的特点及分类。然后讨论了DSP技术在软件无线电中面临的挑战及如何应用DSP技术进行软件设计。并给出了一 种基于TMS320C5402的软件无线系统模式。

关键词：嵌入式计算机；嵌入式系统；DSP；软件无线电

引言

嵌入式计算机通常指埋藏在宿主设备中的微处理机系统，此类计

算机一般不被设备使用者注意，亦称埋藏式计算机，典型机种如微控 制器、微处理器和数字信号处理器（DSP）等。嵌入式系统的出现至 今有三十多年了，嵌入式技术也历经了几个发展阶段。近十年来，以 计算机和软件为核心的数字化技术迅猛发展，不仅广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且深入到家电、娱乐、艺术、 社会文化等各个领域，掀起了一场数字化技术革命。随着移动通信与 互联网的应用迅速普及，消费电子、计算机、通信（3C）一体化趋势 日趋明显，嵌入式技术的研究掀起了新的高潮。

随着DSP技术的逐步发展，相信将会使软件无线电的发展更加迅 速，从而也推动无线通信的进一步发展。

1. 嵌入式计算机

嵌入式计算机是嵌入应用系统中的计算机。例如：嵌入到医疗仪

器、工业机器人、高级音响、通讯设备、潜艇等系统中的计算机都是 嵌入式计算机。嵌入式微处理器和通用微处理器最大的不同就是嵌入 式微处理器多数工作在用户自己设计的系统中。

以往我们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、所适 用的领域，对计算机进行分类。随着计算机技术和产品对其它行业的 广泛渗透，以应用为中心的分类方法变得更为切合实际，也就是按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算 机。通用计算机具有计算机标准形态，通过装配不同的应用软件，以 类同面目出现并应用在社会的各个方面，其典型产品为PC。而嵌入式 计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。

嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，据不完全统 计，全世界嵌入式处理器的品种总量已超过1000多种，流行的体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半。嵌入式处理器的寻址空间一 般从64KB~16MB，处理速度从0.1MIPS到2000MIPS，常用封装从8个引 脚到144个引脚。根据其现状，嵌入式计算机可分为以下几类。

（1）嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit ，EMPU) 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将 微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母 板功能,这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用 的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一 样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强，和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、 成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、

总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性 也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电 路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。近年来，德国、 日本的一些公司又开发出了类似“火柴盒”式名片大小的嵌入式计 算机系列OEM产品。嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、 SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。

（2）嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，MCU) 嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系

统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核 为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定 时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、 FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设.为适应不同的应用需 求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以 使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功 耗和成本。

SoC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon(Siemens) 的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和 Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用SoC一般专用于某个或某 类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是Philips的 SmartXA，它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法的 CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载JAVA或C语言的专用的 SoC，可用于公众互联网如Internet安全方面。

2. 软件无线电概述

软件无线电（Software Radios，简称SWR）技术是近年来提出的

一种实现无线通信的新的体系结构。它是针对现有无线通信领域存在 的如多种通信体系共存、各种标准竞争激烈、频率资源紧张等等一些 问题，尤其是个人无线通信系统的发展，使得新的系统层出不穷，产品生存周期越来越短，原有的以硬件为主的无线通信体制难以适应新 形势的需要运用而生的。

软件无线电技术通过构造一个具有开放性、标准化、模块化的通 用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、 加密模式、通信协议等用软件来完成，并使宽带模数（A/D）和数模

（D/A）转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性和开放性 的新一代无线通信系统。其主要特点有：

灵活性强，可以通过增加软件模块来增加新的功能； 集中性较强，多个信道享有共同的射频前端与宽带A/D/A转换器

以获取每一信道的相对廉价的信号处理性能； 开放性较强，具有标准化、模块化的结构，硬件可以更新或扩

展，软件可以随需要而不断升级。 软件无线电的宗旨就是将宽带A/D和D/A的变换尽可能地靠近天

线，对数字化后的信号采用数字信号处理（DSP）技术，在可编程控 制的硬件平台上，利用软件来实现无线电的各部分功能，即整个无线 电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全由软件编程来实现。

理想软件无线电的结构如（图1）所示。主要由天线、射频 前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各

一组程序总线和三组数据总线，高度并行的算术逻辑单元ALU，专用 硬件逻辑，片内存储器，片内外设和高度专业化的指令集，使该芯片 速度更快，操作更灵活。