嵌入式软件通信架构研究

李小林 王炳强

摘要：随着经济的快速发展，社会在不断的进步，传统嵌入式软件开发环境架构存在缺乏可扩展性、不能共享通信资源、不能共享目标机代理等资源的问题。文章研究嵌入式软件通信架构（TargetcommunicationFramework，简称TCF），以及基于该架构的嵌入式软件开发环境技术。TCF在目标机和宿主机之间建立共享的通信链接、统一通信协议、基于服务的架构，共享通信通道和目标机代理，是下一代嵌入式软件开发环境的全新设计理念。

关键词：TCF；嵌入式软件开发环境；交叉调试；CDT；天脉操作系统

引言

通信信号自动调制方式识别的应用范围广泛，在软件无线电接收机中更具有十分重要的意义。软件无线电的思路是构建一个通用硬件平台，用软件来实现尽可能多的无线通信功能，目标是实现多波段、多体制、多制式的接收和发送，达到通信设备之间的互联互通，信号调制方式的自动识别是软件无线电接收机的必备功能之一。

1软件无线电概述

约瑟夫·米托拉（JesephMitola）在1922年5月份举行的美国通信系统会议上第一次正式提出了“软件无线电”（SWR，SoftwareRadio）的概念。该概念的核心思想就是积极建构一个模块化、标准化、通用化的硬件支持平台，而后借助该硬件支持平台，让宽带D/A转换器、A/D转换器与天线在最大程度上相互靠近，利用软件技术来实现各种所需要的无线通信功能，例如数据格式、工作频段、加密模式、调制解调方式以及通信协议等等，让软件无线电拥有使用灵活、通用性强、便于升级和系统联网的优势。由于软件无线电的各种功能是通过软件编程实现的，因此，假如需要对通信系统进行更新只需要添加新型软件模块即可；同时，软件无线电可以形成多种通信协议与调制波形，因此能够有效兼容以往的旧体制电台，延长了通信系統的使用寿命，降低了使用成本。

在今天，日新月异的电子技术和计算机技术、高速发展的信号处理技术和宽带模数转换技术、具有较高技术成熟度的EDA工具和可编程器件尤其是不断提升的硬件制造水平，这些均为软线无线电提供了极大的技术便利。有鉴于此，软件无线电的物理层必须要具备非常优秀的适应性和灵活性，能够在最大程度上兼容各种操作系统，并保证各种通信功能可以正常使用。

2嵌入式通信架构

TCF设计共享的物理链接解决共享网络资源的问题；设计统一的通信协议、并采用基于服务的架构，解决共享代理的问题、缺乏可扩展性的问题。

2.1共享的物理链接

TCF通信链接包括通道、消息、JSON码、服务四层，对应OSI网络模型的5到7层。会话层由通道和消息组成；表示层进行数据描述和编码；应用层驻留各种服务。TCF根据目标机配置创建宿主机和目标机的数据交换通道。一个物理网络可以创建多路通道，一个通道可以挂接多个服务。工具调用通道的标准接口，选择需要的服务。

2.2统一的通信协议

TCF制定一种统一的基于文本的通信协议。该协议定义消息的时序和数据格式。TCF包含四类消息：命令消息、回复消息、事件消息、流控制消息。命令消息通知目标机执行预定义动作。回复消息回复命令的执行结果或状态。事件消息通知订阅者目标机状态的改变。流控制消息发送网络状态，预防堵塞。表1列举消息类型及其语法。TCF通信协议规定斜体部分数据的格式；黑体部分和服务相关，可以使用任意的符合需求的数据编码。TCF默认选择JSON编码。JSON（JavaScriptObjectNotation）是一个基于文本的、轻量级的数据交换协议。

宿主机工具创建通道，选择需要的服务并发送命令消息，命令消息的语法中，“C”表示是命令类消息标识，“token”是通道标识，“service”是服务标识，“command”是命令名称，“argu-mentsdata”是命令参数。目标机代理收到、解析命令消息，派发调用的服务。服务的执行结果通过回复消息发给工具。回复消息有两类，R类和P类。一个命令消息对应一个R类消息或多个P类消息。R类消息是立即执行并返回的消息，“resultdata”表示返回数据；P类消息是长时间执行的消息，“progressdata”表示当前命令的执行进度数据。目标机状态发生改变时，发送事件消息通知宿主机工具。工具可以订阅关注的事件类型。“event”表示事件类型。“eventdata”表示事件的数据。当宿主机发送消息的速度过快，超过通道或目标机的处理能力时，目标机发送流控制消息给宿主机。“trafficcongestionlevel”的取值范围为-100到100，表示通信拥塞级别从小大。当通信拥塞级别大于0时，宿主机就会调整消息发送频率。

2.3基于服务的架构

TCF把目标机代理的功能归纳分类为一组服务。目标机只运行一个代理，容纳、管理所有服务；接收宿主机的命令消息，派发相应服务；组织回复消息；监听目标机状态变化，组织事件消息；根据网络状态组织流控制消息。TCF定义的基本服务共5类、12种：（1）远程定位类，包括定位服务，用于发送、接收远程定位信息，自动发现上线的目标机；（2）远程文件系统控制类，包括文件系统服务；（3）遠程进程控制类，包括进程服务，提供启动、停止、挂接、解挂等进程控制；（4）目标系统状态控制类，包括系统监控服务，用于获取目标机系统状态，如系统内核、进程、线程对象的信息；（5）调试控制类，包括：运行控制服务、断点服务、寄存器服务、内存服务、上下文服务、反汇编服务、栈帧服务、符号表服务。TCF支持动态加卸载服务。可以在目标设备运行时启动、停止指定服务。TCF支持扩展服务。扩展分为实现新的服务以及服务增值。服务增值加工服务回复消息，回复经过二次解释的数据。

3TCF的典型实现

Eclipse是嵌入式软件集成开发环境的主流平台。通过集成不同的插件，Eclipse可以扩展各种功能：支持C/C++开发的CDT（C/C++DevelopmentToolkit）项目；支持远程系统开发的RSE（RemoteSystemExplorer）项目；实现TCF架构的项目。TCF项目分为宿主机端、目标机端。宿主机使用Java实现的TCF架构核心。目标机端使用C实现TCF代理。我们选择Eclipse+TCF+CDT+RSE的结构，实现支持天脉1嵌入式实时操作系统的嵌入式软件开发环境。在结如图1描述的结构中，基于CDT实现调试器；基于RSE实现监控器。调试器和监控器通过TCF架构核心和目标机上的TCF代理程序通信，完成天脉的开发调试。

结语

随着各家供应商的接受，基于TCF的商用开发工具软件已经逐步出现，如WindRiver公司workbench3.2及其后续系列产品。TCF已经纳入Eclipse开源社区，借着开源目的优势，TCF将成为新一代嵌入式软件开发环境行业的实际标准。

参考文献：

[1]刘芳，臧威.基于Eclipse平台的嵌入式交叉调试环境MRTOS[J].电子科技，2013，26（5）：18-21.

[2]张琴，田宝玉.通信信号调制模式的自动识别技术及发展前景[J].电讯技术，2008，48（2）：6-10.