一,、引言

軟件無線電已成為新的第三代移動通信系統(tǒng)3G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,。另一方面，軟件無線電在軍事上應(yīng)用也越來越廣泛,，并獲得初步的成功?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭是高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭，對通信有極高的要求,，當(dāng)前軍事學(xué)說指出現(xiàn)代軍事通信系統(tǒng)應(yīng)該具有互通性,、靈活性、移動性,、抗毀性,、易維護性，而軟件無線電是現(xiàn)代軍事通信系統(tǒng)實現(xiàn)其特性的關(guān)鍵,。

軟件無線電的核心思想就是把寬帶數(shù)?；蚰?shù)轉(zhuǎn)換器放置在盡可能靠近天線的地方，將模擬信號數(shù)字化,。從轉(zhuǎn)換器以下電臺的其它部分則通過構(gòu)建一個通用的可編程硬件平臺來完成,，利用加載軟件實現(xiàn)這些部分的相應(yīng)功能。由于軟件無線電結(jié)構(gòu)上的開放性和完全的可編程性,，使它不僅能夠兼容現(xiàn)役的多種電臺,，而且還可象微型計算機一樣通過更新軟件和硬件模塊不斷得到升級換代來適應(yīng)新的通信發(fā)展模式。

軟件無線電對通信偵察提出了新的挑戰(zhàn),。顯然,，工作頻率范圍不寬、功能單一的傳統(tǒng)通信偵察設(shè)備對付不了頻段寬,、工作方式靈活,、能夠兼容現(xiàn)役各類電臺功能的軟件無線電通信電臺。因此,，通信偵察系統(tǒng)必須采用軟件無線電模式才能滿足實際的需要,。軟件無線電通信偵察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在整個軟件無線電通信偵察系統(tǒng)中,，預(yù)處理的任務(wù)是實時快速地對采集的信號進行（快速傅里葉變換)變換(FFT),，然后取模取極大值，經(jīng)過門限比較后將稀釋的預(yù)處理結(jié)果數(shù)據(jù)送給主處理機,，進行結(jié)果顯示和進一步的處理,。可見預(yù)處理在整個系統(tǒng)中起到關(guān)鍵的作用,，要求預(yù)處理必須實時高速,。預(yù)處理任務(wù)流程如圖2所示,。

二、采用DSP的高速預(yù)處理方案

數(shù)字信號處理(DigitalSignalProcessing,，簡稱DSP)是20世紀90年代迅速發(fā)展起來的新興學(xué)科,，其中TI公司的TMS320系列占據(jù)了主導(dǎo)地位。因為DSP是一種專門進行數(shù)字信號處理運算的微處理器,，它的指令處理器芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān),，能夠?qū)崿F(xiàn)運算的優(yōu)化，因此具有很高的運算速度,。比如TI公司的DSPC62X系列,，定點處理能力大約在1200～2400MIPS，C67X系列浮點處理能力大約在600MOPS～1GOPS左右,。因此,，大多設(shè)備均采用了DSP作高速預(yù)處理的方案。

盡管DSP的各類產(chǎn)品應(yīng)用很廣,，但要使它能夠深入,、持久地得以發(fā)展，必須要有相應(yīng)優(yōu)秀的DSP開發(fā)系統(tǒng)提供給用戶一個靈活,、方便的開發(fā)工具,，使用戶在開發(fā)系統(tǒng)上可以完成對目標機的軟件、硬件系統(tǒng)的綜合調(diào)試,。DSP開發(fā)系統(tǒng)對于DSP應(yīng)用系統(tǒng)來說是一項基礎(chǔ)的工作,，是否有一個適用的且有效的DSP開發(fā)系統(tǒng)，往往是關(guān)系到DSP應(yīng)用成敗的關(guān)鍵因素之一,。

當(dāng)前DSP開發(fā)系統(tǒng)主要包括JTAG仿真開發(fā)系統(tǒng)、DSK開發(fā)系統(tǒng),、總線式DSP開發(fā)卡設(shè)計,、嵌入式DSP開發(fā)系統(tǒng)。

TI公司首先實現(xiàn)的JTAG仿真系統(tǒng),，需要在設(shè)計目標板時預(yù)留出DSP適配器插座,，而且在仿真時還要占用用戶板的部分資源。更重要的是,，往往受制于開發(fā)系統(tǒng)的限制無法充分開發(fā)目標機的硬件資源,、調(diào)試應(yīng)用軟件，特別對于移動DSP系統(tǒng)進行二次調(diào)試非常困難,。

TI公司開發(fā)生產(chǎn)的DSK通過與PC機簡單接口,，就可以學(xué)習(xí)使用DSP，具有實時處理的強大功能,。在DSP基礎(chǔ)上,，通過適當(dāng)?shù)挠布U展,，很容易構(gòu)成一個小型實用的DSP系統(tǒng)。而且在目標機工作正常的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)對軟件,、硬件的調(diào)試工作,，而且不占用目標機的任何資源。由此可以看出,，DSK本身就是一個能實現(xiàn)一定功能的應(yīng)用系統(tǒng),，由于其具有串口通信的特點，因此具有一定的代表性,。這類開發(fā)系統(tǒng)也有很大的局限性,，就是偏重于軟件的調(diào)試。當(dāng)目標機出現(xiàn)硬件故障時,，無法實現(xiàn)故障的診斷與排除,，而且由于采用串口通信，因此傳送速率較慢,。

DSP的DS開發(fā)系統(tǒng),，結(jié)合以上兩種開發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了對目標機的軟件和硬件開發(fā),。它所采用的總線式開發(fā)目標機的思想成為目前較流行的開發(fā)方式,，不但能調(diào)試DSP，也可以擴展調(diào)試任何微處理機,。但是,，它并沒有脫離基于仿真器的思想，因此在速度和靈活性方面受到一定的制約,。

與傳統(tǒng)的基于仿真器的調(diào)試方法相比,，嵌入式自我調(diào)試有許多優(yōu)點：一是避免了用仿真器調(diào)試目標板時的困難；二是用戶目標板直接與微機相聯(lián)系避免了仿真器在中間隔離,，能加快調(diào)試速度：三是調(diào)試功能根據(jù)實際需要自行開發(fā)和擴展,；四是軟件直接在目標板上運行，調(diào)試完畢后只需固化便可以脫機運行,?？梢哉f嵌入式開發(fā)系統(tǒng)是目前開發(fā)系統(tǒng)中最經(jīng)濟、快捷方便的方法之一,，尤其是對于復(fù)雜數(shù)字信號處理算法的調(diào)試特別有效,，是今后DSP開發(fā)領(lǐng)域發(fā)展的方向，但對開發(fā)者的軟,、硬件設(shè)計能力水平要求較高,。

因此，DSP的開發(fā)對開發(fā)者的軟,、硬件設(shè)計能力水平都有很高的要求,，如果要充分發(fā)揮DSP的優(yōu)勢,，最好采用匯編語言進行軟件開發(fā)，這樣就會開發(fā)周期長,，開發(fā)難度加大,，并且DSP的軟件可移植性比較差。由于DSP的指令都和它處理器芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān),，每一代處理器的結(jié)構(gòu)都有所不同,，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，在其之上的軟件也要發(fā)生很大的變化,，如C64的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)不同于C5X,，所以C64的一些指令就不同于C5X，曾經(jīng)熟悉C5X的技術(shù)人員不得不從頭開始學(xué)起C64的指令,，這就給編程人員帶來了很大的不便,，增加了開發(fā)的難度和周期。而且現(xiàn)在DSP芯片更新?lián)Q代很快,，技術(shù)人員很難跟上更換的步伐,。這就降低了整個系統(tǒng)的靈活性，軟件的可移植性差,。

三,、采用RTLinux的高速預(yù)處理方案

1.嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)被定義為：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),，軟件硬件可裁剪,、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性,、成本,、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng),。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶,、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的,，嵌入式處理器的功耗,、體積,、成本,、可靠性、速度,、處理能力,、電磁兼容性等方面均受到應(yīng)用要求的制約。在嵌入式系統(tǒng)下系統(tǒng)一般沒有多少可用的內(nèi)存,，更沒有可用的外存,，操作系統(tǒng)就裝在有限的存儲器中如ROM或FLASH,。嵌入式系統(tǒng)一般由一個很小的內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要定制的系統(tǒng)模塊組成，所占空間很小,，具有很高的靈活性,。嵌入式處理器的應(yīng)用軟件是實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。軟件要求固化存儲,，軟件代碼要求高質(zhì)量,、高可靠性，系統(tǒng)軟件(OS)的高實時性是基本要求,。

2.嵌入式實時Linux

許多嵌入式系統(tǒng)要求能預(yù)測,、可限定響應(yīng)時間地響應(yīng)外界事件，也就是有實時性的要求,。用于嵌入式場合的實時操作系統(tǒng)就是嵌入式實時操作系統(tǒng),，此類實時系統(tǒng)包括自動控制、數(shù)據(jù)采集和信號處理等系統(tǒng),。一般“實時”的含義是指對來自外界的事件必須在可預(yù)測的,、相對短的時間段內(nèi)得到響應(yīng)。實時系統(tǒng)一般分為2種類型：軟實時系統(tǒng)和硬實時系統(tǒng),。軟實時系統(tǒng)指系統(tǒng)整體吞吐量大或者整體響應(yīng)速度快,，但是不能保證在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)。硬實時系統(tǒng)指任務(wù)必須在規(guī)定的時間內(nèi)正確的完成,。

嵌入式實時系統(tǒng)有很多,，這里只介紹實時Linux系統(tǒng)。Linux本身不是一個是真正的實時操作系統(tǒng),，通用的Linux操作系統(tǒng)有3個不利于實現(xiàn)實時性的弊端：中斷封鎖時間過長,；非搶占式Linux內(nèi)核；耗盡式,、機會均等的進程調(diào)度策略,。但是它已經(jīng)有幾個增加的選擇可以給基于Linux的系統(tǒng)提供實時特性。其中,，最常用的辦法是雙內(nèi)核相結(jié)合,，把一個通用操作系統(tǒng)作為一個任務(wù)運行在一個實時內(nèi)核上。通用操作系統(tǒng)提供磁盤讀寫,、網(wǎng)絡(luò)及通訊,、串/并口讀寫、系統(tǒng)初始化,、內(nèi)存管理等功能,，而實時內(nèi)核則處理實時事件的響應(yīng)。雙內(nèi)核策略充分兼容標準的Linux,，而又采用一種不干擾原Linux的方式來增加了實時功能,。

RTLinux（RealTimeLinux）是一個嵌入式硬實時操作系統(tǒng),，RTLinux實現(xiàn)了一個小的實時核心，僅支持底層任務(wù)創(chuàng)建,、中斷服務(wù)例程的裝入,、底層任務(wù)通信隊列、中斷服務(wù)例程(ISR)和Linux進程,。原來的非實時Linux核心作為一個可搶先的任務(wù)運行于這個小核心之上,，優(yōu)先級最低，隨時會被高優(yōu)先級任務(wù)搶占,。用戶可自行編寫調(diào)度程序,，它們可實現(xiàn)為可加載的核心模塊；已實現(xiàn)的調(diào)度程序有：基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度和EDF調(diào)度,；基于優(yōu)先級的調(diào)度使用“單調(diào)率算法”,，它直接支持周期任務(wù)。RTLinux是硬實時系統(tǒng),，系統(tǒng)響應(yīng)速度可達微秒級,。

3.RTLinux預(yù)處理系統(tǒng)

我們采用RTLinuxv3.0來開發(fā)預(yù)處理系統(tǒng)。從資料上看,，RTLinuxv3.0為某些嵌入式處理器提供低于10μm的中斷響應(yīng)時間（最差情況）,，為標準PC提供低于20μm的中斷響應(yīng)時間（最差情況）。為了進一步驗證RTLinux是否滿足項目實時性能的要求,，我們對它的實時性能指標進行了測試,。由于在項目中主要的技術(shù)指標是中斷響應(yīng)時間，我們采用并口中斷的方法進行測試中斷響應(yīng)時間,。在PII300MHz的PC機上做一個并口中斷卡,，每10μm中斷一次，測試中斷響應(yīng)時間,，結(jié)果如表1所示,。從測試結(jié)果可以看出，RTLinux具有很好的實時性,。

采用RTLinux的預(yù)處理系統(tǒng)還需要編寫設(shè)備驅(qū)動程序,。按照在Linux下編寫驅(qū)動程序的規(guī)則編寫，編寫以下驅(qū)動程序：（１）對設(shè)備初始化和釋放,；（２）把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù),；（３）讀取應(yīng)用程序傳遞給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù)；（４）檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯誤,。

如圖3所示,，在相應(yīng)的硬件基礎(chǔ)上,，我們加載RTLinuxv3.0操作系統(tǒng),、設(shè)備驅(qū)動程序和預(yù)處理程序,，就組成了一個預(yù)處理系統(tǒng)。在整個偵察系統(tǒng)的性能調(diào)試中,，預(yù)處理部分經(jīng)測試運行效果良好,，并滿足實時性要求。

四,、結(jié)束語

嵌入式實時操作系統(tǒng)是源碼開放,、系統(tǒng)可裁減的，可以根據(jù)處理器的和硬件的類型進行配置,，精簡了內(nèi)核,，達到最簡最優(yōu)的系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有很好的實時性,。嵌入式實時Linux操作系統(tǒng)運行于高速的微處理器之上,，隨著微處理器的快速發(fā)展，處理速度幾乎可以和DSP相媲美,。作為操作系統(tǒng),，它使用戶不需和硬件打交道，利用操作系統(tǒng)提供一些標準的接口,，可用高級語言來編寫程序,，縮短軟件開發(fā)周期，降低軟件開發(fā)難度,，并且大大提高了程序的可移植性和擴展性,。所以用嵌入式實時Linux操作系統(tǒng)來代替DSP來實現(xiàn)預(yù)處理，可以大大提高系統(tǒng)的靈活性和軟件的可移植性,，便于系統(tǒng)的維護和升級換代,。因此采用RTLinux預(yù)處理的軟件無線電通信偵察系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性。更為重要的是,，Linux源碼開放的,，在該操作系統(tǒng)上開發(fā)的程序具有自主知識產(chǎn)權(quán)，保密性好,，更適應(yīng)于軍用軟件無線電通信偵察設(shè)備,。