基于OMAP軟件無線電平臺設計與實現

摘要：文章根據軟件無線電的基本原理，使用OMAP3530處理器和FPGA，設計了一個新型的軟件無線電平臺，以滿足高性能、低功耗和便攜性的需求。
關鍵詞：軟件無線電；SoC；OMAP；FPGA

0 前言
SoC技術已獲得IC產業的廣泛關注。IC供應商還推出基于SoC的芯片，如TI的OMAP(TM)系列處理器的概念。系列處理器與ARM的I-DSP雙核結構，集成了傳統的嵌入式控制芯片和DSP信號處理芯片的電源。OMAP(TM)的處理器，是理想的便攜式、低功耗和高性能的，對應用程序有很高的要求。
OMAP(TM)的3系列處理器的上市時間較短暫，系統的體系結構和軟件的概念相對較新，但適應于絕大多數的系統開發。本文研究OMAP(TM)的處理器，對軟件無線電理論進行有益的探索，設計了一個新的平臺，具有低功耗和便攜的特點。

1 OMAP技術概述
開放式多媒體應用平臺(Open Multimedia Application Platform，簡稱OMAP)是美國德州儀器公司推出的以第三代移動通信發展為導向的處理器平臺。OMAP已成為一個事實上的行業標準，大量的IT設備制造商基于OMAP平臺來開發下一代通信設備。
OMAP技術具有以下特點：1)低功耗；2)可移植性；3)打開。

2 OMAP多核軟件無線電平臺設計
OMAP多核心的軟件定義無線電平臺，主要設計目標是支持短波和調頻廣播電臺為1M～110M信號頻帶的性能測試，包括：
·支持寬帶固定頻率和跳頻測試；
·支持全州無線電測試；
·支持無線電頻道的模擬環境測試。
2．1 中頻-基帶信號處理
當前的無線通信技術和制度的差異被劃分在不同的頻率范圍。如短波通信使用1M～30M波段，超高頻通信使用30M到500M頻段，GSM使用900M和1800M頻段，TD-SCDMA使用2．3G～2．4G頻段。
由于短波通信頻率較低，一般采用直接低通采樣數字。超短波、GSM和3G等頻率較高的通信模式，直接低通采樣不僅對ADC的采樣率和有效帶寬等指標提出了較高要求，而且對后續的數字信號處理器件和算法提出了極高的要求，這對于目前的IC設計水平來說是不現實的。在實際系統中，模擬電路更高頻率的射頻信號移動，那么用AD轉換器，數字信號處理。實際通信系統可分為兩部分：模擬前端和IF基頻處理器。
2．2 軟硬件協同仿真
通信理論與傳統的模擬軟件的算法性能評價(如MATLAB)協助完成。業內人士提出了軟件和硬件協同仿真的概念。OMAP軟件無線電平臺，也考慮到這樣的功能設計。OMAP平臺可以通過網絡與計算機連接，和OMAP平臺可以互相連接。因此，算法仿真任務可以劃分成多個平行單位完成網絡上的OMAP處理器的一部分。
主要應用的OMAP多核心的軟件定義無線電平臺的短波和調頻收音機的性能測試，包括發射機的測量和接收機測量。

3 系統架構
該系統采用FPGA+OMAP結構。為了提高輸入信號功率的動態范圍，模擬信號處理模塊的系統設計主要包括兩個數字控制衰減器芯片的輸入和輸出的射頻信號功率控制。即使沒有連接到模擬前端，通過射頻電纜，建立短波和超短波通信的一部分。
無線電路徑和音頻路徑：這兩個信號通路的硬件平臺，射頻信號和音頻信號通過ADC進行模擬到數字的轉換，然后將數字前端處理在FPGA做后續OMAP算術運算。根據功能，硬件系統分為五個部分：1)模擬信號處理單元；2)模擬到數字／數字模擬轉換裝置；3)數字前端的單元；4)控制／數字信號處理單元；5)其他。

4 多核軟件無線電平臺軟件設計
根據功能需求，基于平臺FPGA+OMAP數字信號處理架構，開發了一個軟件平臺和描述的軟件平臺來實現關鍵要素。
OMAP初始化步驟如下：
(1)內部ROM指令執行的基本配置和初始化。
(2)創建一個引導設備列表。根據系統啟動的狀態引腳，創建列表，包含設備的代碼，可以查詢到啟動程序映像。
(3)啟動程序，逐一檢查設備在引導列表中的表示，一旦設備存在，并獲得正確的命令，從設備開始。
(4)如從內存中讀取數據存儲設備。
(5)運行的圖像文件。