目前软件无线电(SDR)的发展趋势是体积日益变小,性能则越来越高,这意味着无线设计师必须谨慎地选择硬件和软件的部件技术。所有的设计师都需要了解的一项技术就是公用对象请求代理架构(CORBA)技术。对于基于软件通信架构(SCA)的SDR来说,CORBA是必需的中间件层。商用的CORBA对象请求代理(ORB)是具有高性能,footprint(空间)小的软件产品,能够提供单处理器或多处理器SDR系统中的通信架构。它们能够实现通用处理器(GPP),数字信号处理(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)中的处理资源的智能分配和最佳分配。在多处理器系统中理解CORBA的作用将会节省工程资源,加快上市时间,提高SDR的性能并减小体积,增强便携性能。
CORBA ORB和SCA
一个CORBA ORB是一个软件产品,例如来自目标接口的ORBexpress RT,能够使设计师简化分布式软件的研发,构建可升级的、高效的和健壮的应用,并缩短总的研发时间。一个典型的SCA SDR构建在一个ORB的分布式通信业务和一个实时操作系统之上。SCA所提供的多功能要求有一个复杂的软件平台,该平台占据大量的无线计算资源,并给体积、重量和功率(SWAP)提出了约束条件。这就是对于小型的SDR设计来说,为什么小的footprint和低功率ORB非常重要的一个原因:即减小了系统的SWAP。
目前SDR的发展趋势是趋向更加小型化。有许多方法来减小SCA实现的尺寸并改进其性能,从而能够在更小的低功率手持设备中实现SDR。有两种正在进行的方法就是“SCA-Lite”和用FPGA实现的CORBA ORB。
SCA Lite
符合SCA的架构能够提供几个优点:包括软件复用,能降低生产成本的公共硬件和软件平台,以及现场可升级性能。同时,一些用户和开发商更加关注符合SCA架构的尺寸、成本和功率。对SDR感兴趣的一些公司对目前的SCA不满足其计划采用SDR的超小型产品的需求表示关注。与SDR论坛()合作,这些公司正在减小和改进所要求的footprint比标准软件无线电小得多的系统所需的SCA部件。因而产生了可用于在保持原来内核功能不变条件下却又非常小型化的SDR应用的“SCA-Lite”内核框架。
FPGA实现的CORBA ORB
在形状结构非常重要的同时,软件无线电构建者还发现他们无法得到足够的处理功率。由于波形(waveform)变得又大又复杂,在试图同时管理多个大波形时,许多无线电构建者在性能方面就碰了壁。软件提供商通过提供增强性能的一些技术来予以响应。其中一项就是在定制的FPGA硬件上直接实现一个ORB。这可以为所选功能增强性能高达100倍。无线电构建者可以利用一个用于通用处理器的标准ORB和一个FPGA ORB来极大改进无线电吞吐率。这将在不超过标准通用处理器或DSP能力的条件下,允许在无线电中采用一些较大的波形。见图1。
图1:FPGA上的CORBA方案架构。
多处理器平台
像SDR这类的信号处理系统通常包括多种类型的处理器,例如DSP,GPP和FPGA。这些功能各异的处理器必须相互协作,从而带来了许多挑战。最显著的是,各种硬件架构、操作系统和工具语言之间的通信将带来大量的工程问题,这些问题中充满了一些影响性能、安全和数据完整性的微妙行为。
不过,利用GPP、DSP和FPGA上的CORBA,能够为上述所有三种类型的处理器提供COTS解决方案和公用的通信架构。与目前用来连接FPGA和GPP以及DSP的定制GPP到FPGA的桥接方案相比,该架构提供了如下几个优点:
1. 促进了目标移动性和位置透明性；
2. 通过限制系统的尺寸、重量和功率改善吞吐量；
3. 允许设计师采用高性能的COTS方案,而无需大量投资于定制硬件和软件的定制方案,见图2。
图2:新一代的全CORBA并符合SCA无线电的架构。
CORBA在多处理器系统中的作用
CORBA ORB提供了位置透明性和处理移动性这两个功能,促进了SDR的灵活性。位置透明性方便了处理器技术中的功能或逻辑块的搬移。这就使得在同一处理器与在远程处理器中调用对象相比没有什么差别。工程师可以重新分配逻辑,而无需重新从头设计系统。从而大大节省了时间,导致了更快的上市时间,以及腾出时间实现不同的版本来使产品具备更好的适应性。处理移动性平衡了位置透明性,使得设计师可以容易地将逻辑转移到另一个处理器中。
这就意味着,设计师一开始可以在他们的工作站上构建SDR,然后很容易地将部件一块块转移到GPP、DSP和FPGA上,来优化系统总性能。
恰当的例子:Lyrtech、Xilinx和TI的小型SCA研发平台
去年,Lyrtech、Xilinx和TI发布了一个小型规格(SFF)的SCA研发平台,解决了军用、公共安全和商用市场上非常轻便的SDR的需求。该SFF SCA研发平台只具有CORBA ORB的功能,支持GPP、DSP和FPGA。
ORBexpress FPGA完全是为FPGA而构建的,并全面支持Xilinx Virtex-4和Virtex-5系列的产品架构的部分重新配置。ORBexpress RT,作为目前世界上ORB最快和最小的标杆,实际上在每个主要的SDR项目中都有采用。它支持1200多个不同的二进制平台,包括了每个主要的RTOS和处理器系列。ORBexpress DSP的footprint和速度被优化得最适合于DSP。ORBexpress DSP和ORBexpress RT一并支持TI的达芬奇SoC,该SoC构成了Lyrtech的硬件架构。该达芬奇芯片由TI 64x+DSP核和一个单独的物理处理器中的ARM GPP构成。
ORBexpress系列使得ARM、DSP和FPGA处理资源被视为同等处理的流线型研发,从而导致了快速的上市时间。该SFF SCA研发平台是业界第一个支持FPGA上的CORBA的开发平台,提供的性能比运行在GPP上的软件增强了高达100倍。
本文小结:
随着SCA的成熟和无线电构建者在开发和配置基于SCA无线电方面经验的获取,设计师日益依赖COTS方案。设计师已经正在使用由Lyrtech、Spectrum Signal和ISR Technologies等公司提供的综合性COTS开发平台(硬件,操作系统,对象请求代理,SCA内核框架和SDR开发工具集)。这些综合平台使得研究人员和开发者能够即时构建波形,并大量减少了时间,还降低了开发一个SDR的风险。目标对象接口系统-提供业界领先的小footprint、高性能的CORBA ORB-实现了TI和Xilinx的合作,优化了DSP和FPGA上的ORBexpress。目标对象接口还在SCA内核框架方面整合了核框架提供商,如Communications Research Centre(CRC)和Harris公司,从而实现了超小的SCA。此外,目标对象接口还正在继续与SDR工具提供商(如Zeligsoft和CRC公司)合作,以便开发出能够加速SDR上市时间的综合开发工具。
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注释:什么是CORBA？
CORBA是一个开放的、由对象管理小组(OMG)联盟制订的供应商中立的标准。CORBA使称为对象的程序块能够与网络上的其他程序相互通信-而不管这些程序用的是什么编程语言,在什么操作系统上运行,以及它们在系统中的具体位置。
CORBA经常被描述成一个“软件总线”,因为它是一个基于软件的通信接口,通过该接口来定位和访问目标对象。
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作者:Joe Jacob,
高级副总裁
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Objective Interface Systems公司
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