基于LT1801A的软件无线电实验平台

郭荣新

摘 要：针对现在无线通信领域存在的一些问题，根据软件无线电的基本概念，采用联拓公司基于ARM+DSP的LT1801A芯片作为核心芯片，构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用软件平台，有效的将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件完成。

关键词：无线通信 软件无线电 ARM 模块化 通用软件平台

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（a）-0199-02

软件无线电[1]是近年来由相关通信机构提出的一种新的实现无线通信传输的体系结构。它的提出目的在于解决现在无线通信领域所存在的一些问题，如：多种通信体系架构并存[2]，各种行业标准竞争激烈[3]，频率资源匮乏等等。特别是随着无线个人通信系统的不断发展，使得新的系统需求层出不穷，无线电产品生存周期也随之缩短，原有的以硬件模块为主的无线通信体系无法快速响应这种需求[4]，软件无线电的概念也便应运而生。软件无线电的基本概念是将硬件系统作为无线通信的基本平台，而通过软件实现尽可能多的无线及个人通信功能。由此，无线通信新系统、新产品的研发随之逐步转到软件系统上，从而使得无线通信产业的产值日益明显的体现在软件上。这是继模转数、固定到移动之后，无线电通信领域的再一次重大突破，并将在新世纪形成巨大的产业价值。

系统采用4CPFSK调制解调方式[5]，以ARM9和DSP处理器为核心方案。选用联拓公司的LT1801A作为核心芯片，该芯片内部集成了ARM946E+ZSP400，同时集成了大量的接口设备和丰富的外部设备。本设计的目的是搭建一个具有多种通信协议标准兼备且具备不同频段的硬件平台，该平台可利用软件架构完成各种通信功能需求，最大限度的使其成为新一代无线通信系统的大平台。平台中功能的实现首先是依靠软件控制和软件再定义，然后采用不同的软件模式实现不同的需求。所写软件可以远程再次升级更新，所设计的硬件均采用模块化结构设计便于扩展升级。

1 4CPFSK调制解调

设计中所采用的4CPFSK是一种非线性恒包络调制，具有记忆特性。4CPFSK与GMSK调制方式相比较，同时也具有频谱效率高、临道间相互干扰小的特点；4CPFSK与非恒包络调制方式（如QPSK）相比较[6]，4CPFSK调制系统中选用工作在C类状态的功率放大器，可降低系统功耗。因此4CPFSK广泛应用于软件无线电系统中。FM调制器的作用就是将经过成形滤波后的采样点进行累加得到发送所需的相位值，同时这也保证了相位的连续性。

为了获得窄带输出的信号频谱以及较好的邻道功率特性，同时也具备较好的抗干扰性能，设计中预调滤波器采用平方根升余弦滤波器进行低通滤波。

2 软件无线电实验平台系统结构

软件无线电实验平台结构如图1所示，主要分为3部分：软件无线电专用基带芯片LT1801A、MMI软件平台、4FSK调制解调器以及射频前端。

基于软件无线电对于多媒体多任务处理的需求，该实验平台的MCU处理器选用以ARM946E为核心的LT1801A芯片；同时，系统必须采用软件平台来实现具体应用中不同的语音、信道编解码方式以及信令系统。

3 应用软件操作系统移植

3.1 应用软件平台系统的体系结构

应用软件平台系统的体系结构如图2所示。

一个完整的应用软件平台系统主要分为两大部分：底层驱动和应用程序（App）。两者之间通过统一的开发接口API来连接的。

3.2 启动引导程序

启动加载程序是嵌入式系统开机后运行的首个程序，其作用相当于个人电脑中的BIOS。它完成基本的硬件系统初始化，将软件系统搬移到RAM中，并将控制权转交给启动后的操作系统。

系统启动时，等待SP初始化完成后，发送消息通知MMI。MMI完成各个子模块的初始化后，运行开机画面。等待操作信号。SP发出SP_MMI_INIT_REQ消息，触发开机流程。

3.3 OSE软件模块功能描述

OSE模块位于操作系统模块与应用软件模块之间，其主要目的是隔离下层使用的不同的操作系统，完成对操作系统的各种功能的封装，可提供对外的统一接口，并提供统一的任务注册和模块启动管理，便于上层应用软件的移植和减少对底层操作系统的依赖。

3.4 驱动程序实现的基本方式

在应用软件平台系统中，设备驱动程序是指一个动态的可直接调用的链接库，它所提供的数据是底层硬件与操作系统之间，以及相关运行在目标设备上的应用程序之间的一个直观的抽象层。系统中所包含的各种驱动程序将无偿的公开相应名称的函数，以及提供各种初始化硬件和与之通信的协议。系统程序运行中使用者可通过调用LoadLibrary和LoadDriver函数实现各种所需驱动程序的加载。

4 调制解调系统控制程序

系统中嵌入式处理器和调制解调模块之间的通信方式是基于双串行接口来实现；数据传输则由通用SPI接口实现；控制的相关指令传输交由GPIO来实现；中断控制器（ICTL）用于控制所有ARM处理器中断源的模块。可以产生常规中断请求（IRQ）和快速中断请求（FIQ），同时送给ARM处理器和CPR模块；时钟功耗复位控制模块主要负责产生系统时钟和所有模块的时钟，控制系统复位，控制系统进入不同工作模式[7]。

4.1 FLASH的访问

根据系统整体设计，FLASH驱动软件模块的硬件运行平台为LT1801A中的ARM946E处理器，软件开发平台可以采用任何通用的ARM集成开发环境。FLASH驱动软件模块主要实现了对FLASH进行读、写、擦除等操作，并为用户提供了两个Block，可单独对每个Block进行操作，用户根据返回值来判断操作是否成功。用户对FLASH进行读或写操作时，可分别调用函数ADRVFlashAPPRead或ADRVFlashAPPWrite函数，输入的Block索引和地址偏移量确定了操作Block的绝对地址，输入的长度确定了一次操作的字的长度。当读或写完成之后返回操作结果。对FLASHBlock域进行擦除时，直接输入索引号即可实现此操作。endprint

4.2 外部存储器控制器（MEMCTRL）

外部存储器控制器（MEMCTRL）将外部存储器映射到芯片内部的地址空间，当ARM总线对此地址操作时，MEMCTRL将总线上的操作转化为对芯片外部存储器操作。MEMCTRL内部的寄存器控制对外部存储器的读写参数和时序。MEMCTRL内部寄存器和外部存储器对应不同的地址区域。MEMCTRL的MEMORY可以被ARM，DMAC0直接访问和ZSP，DMAC1跨桥访问。MEMCTRL包含MEMPIPE模块，可调节读写存储器的时序。芯片的存储器IO管脚上电复位为低阻。MEMCTRL可以控制两种类型的存储器：SDRAM（SDR-SDRAM）和静态存储器SM（StaticMemory）—SRAM，FLASH和ROM。

4.3 嵌入式软件发射接收链路

操作数据经APP处理后由服务提供协议层（SP协议）分信令和操作维护两类消息送至呼叫控制层，呼叫控制层主要负责呼叫控制，支持主机实现高于第二层的功能和业务[8]，为用户提供对讲机支持服务，数据链路层则主要处理多用户传输数据的共享，语音信息及用户控制信息经数据链路层交织编码后经射频模块发送出去。发送接收部分的空中接口协议模型中协议栈分成三个协议层和二个协议平面。三个协议层分别为物理层、数据链路层和呼叫控制层。二个协议平面分别为用户平面和控制平面。

5 结语

本文实现了一种软件无线电平台的设计，以ARM9嵌入式处理器和ZSP400处理器为核心。实现了基于4CPFSK调制解调方式的400～470 MHz射频通信功能。通过分析与测试，LT1801A发挥了RAM+DSP结合的优势，能够完整的实现软件无线电的应用，减小系统成本和降低系统功率。通过PC端的写频软件可实现不同频段，多通道的软件无线电系统。经测试本实验平台可以满足国家相关规定和要求，适用于多种语音和信道编解码方式以及不同的信令系统。

参考文献

[1] 杨小牛，楼才义.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社.2001.

[2] 肖维民，许希斌，朱健.软件无线电综述[J].电子学报，1998（2）.

[3] Kondo，Matsuo，Suzuki.Software.De6nedArchitectureConceptforTelecommunication Information System[M].ICC 94.NY：IEEE Press，1994.

[4] （美）米托拉.软件无线电体系结构：应用于无线系统工程中的面向对象的方法[M].赵荣黎，王庭昌，李承恕，译.机械工业出版社，2003.

[5] 樊昌信.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2009.

[6] （美）JeffreyH.Reed.软件无线电：无线电工程的现代方法[M].陈强，译.人民邮电出版社，2004.

[7] 夏晓巍.基于移动平台的北斗应急通信系统[J].通信技术，2013，5（1）：19-23.

[8] 王洪涛.一种适合数据链的TCP拥塞控制策略[J].通信技术，2013，5（1）：48-52.endprint

4.2 外部存储器控制器（MEMCTRL）

外部存储器控制器（MEMCTRL）将外部存储器映射到芯片内部的地址空间，当ARM总线对此地址操作时，MEMCTRL将总线上的操作转化为对芯片外部存储器操作。MEMCTRL内部的寄存器控制对外部存储器的读写参数和时序。MEMCTRL内部寄存器和外部存储器对应不同的地址区域。MEMCTRL的MEMORY可以被ARM，DMAC0直接访问和ZSP，DMAC1跨桥访问。MEMCTRL包含MEMPIPE模块，可调节读写存储器的时序。芯片的存储器IO管脚上电复位为低阻。MEMCTRL可以控制两种类型的存储器：SDRAM（SDR-SDRAM）和静态存储器SM（StaticMemory）—SRAM，FLASH和ROM。

4.3 嵌入式软件发射接收链路

操作数据经APP处理后由服务提供协议层（SP协议）分信令和操作维护两类消息送至呼叫控制层，呼叫控制层主要负责呼叫控制，支持主机实现高于第二层的功能和业务[8]，为用户提供对讲机支持服务，数据链路层则主要处理多用户传输数据的共享，语音信息及用户控制信息经数据链路层交织编码后经射频模块发送出去。发送接收部分的空中接口协议模型中协议栈分成三个协议层和二个协议平面。三个协议层分别为物理层、数据链路层和呼叫控制层。二个协议平面分别为用户平面和控制平面。

5 结语

本文实现了一种软件无线电平台的设计，以ARM9嵌入式处理器和ZSP400处理器为核心。实现了基于4CPFSK调制解调方式的400～470 MHz射频通信功能。通过分析与测试，LT1801A发挥了RAM+DSP结合的优势，能够完整的实现软件无线电的应用，减小系统成本和降低系统功率。通过PC端的写频软件可实现不同频段，多通道的软件无线电系统。经测试本实验平台可以满足国家相关规定和要求，适用于多种语音和信道编解码方式以及不同的信令系统。

参考文献

[1] 杨小牛，楼才义.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社.2001.

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[5] 樊昌信.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2009.

[6] （美）JeffreyH.Reed.软件无线电：无线电工程的现代方法[M].陈强，译.人民邮电出版社，2004.

[7] 夏晓巍.基于移动平台的北斗应急通信系统[J].通信技术，2013，5（1）：19-23.

[8] 王洪涛.一种适合数据链的TCP拥塞控制策略[J].通信技术，2013，5（1）：48-52.endprint

4.2 外部存储器控制器（MEMCTRL）

外部存储器控制器（MEMCTRL）将外部存储器映射到芯片内部的地址空间，当ARM总线对此地址操作时，MEMCTRL将总线上的操作转化为对芯片外部存储器操作。MEMCTRL内部的寄存器控制对外部存储器的读写参数和时序。MEMCTRL内部寄存器和外部存储器对应不同的地址区域。MEMCTRL的MEMORY可以被ARM，DMAC0直接访问和ZSP，DMAC1跨桥访问。MEMCTRL包含MEMPIPE模块，可调节读写存储器的时序。芯片的存储器IO管脚上电复位为低阻。MEMCTRL可以控制两种类型的存储器：SDRAM（SDR-SDRAM）和静态存储器SM（StaticMemory）—SRAM，FLASH和ROM。

4.3 嵌入式软件发射接收链路

操作数据经APP处理后由服务提供协议层（SP协议）分信令和操作维护两类消息送至呼叫控制层，呼叫控制层主要负责呼叫控制，支持主机实现高于第二层的功能和业务[8]，为用户提供对讲机支持服务，数据链路层则主要处理多用户传输数据的共享，语音信息及用户控制信息经数据链路层交织编码后经射频模块发送出去。发送接收部分的空中接口协议模型中协议栈分成三个协议层和二个协议平面。三个协议层分别为物理层、数据链路层和呼叫控制层。二个协议平面分别为用户平面和控制平面。

5 结语

本文实现了一种软件无线电平台的设计，以ARM9嵌入式处理器和ZSP400处理器为核心。实现了基于4CPFSK调制解调方式的400～470 MHz射频通信功能。通过分析与测试，LT1801A发挥了RAM+DSP结合的优势，能够完整的实现软件无线电的应用，减小系统成本和降低系统功率。通过PC端的写频软件可实现不同频段，多通道的软件无线电系统。经测试本实验平台可以满足国家相关规定和要求，适用于多种语音和信道编解码方式以及不同的信令系统。

参考文献

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[5] 樊昌信.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2009.

[6] （美）JeffreyH.Reed.软件无线电：无线电工程的现代方法[M].陈强，译.人民邮电出版社，2004.

[7] 夏晓巍.基于移动平台的北斗应急通信系统[J].通信技术，2013，5（1）：19-23.

[8] 王洪涛.一种适合数据链的TCP拥塞控制策略[J].通信技术，2013，5（1）：48-52.endprint