SDR走向军用领域

技术分类: 通信  | 2006-12-04
Nicholas Cravotta,EDN特约技术编辑

  SCA 框架

  在推进军用 SDR 方面,JTRS 指令的关键是 SCA(软件通信结构)框架。JTRS 正在开发该框架,以打破软件和硬件之间的连接,从而消除在军队应用中采用专利实现的固疾。该系统实现了使用无线电可用软、硬件资源,不同供应商的这些资源也各不相同。

  SCA位于操作系统之上,是软、硬件之间的“粘合剂”(图 1)。其目标是:任何符合 SCA 的波形都可以在任何符合 SCA 的无线电硬件上工作。这种软、硬件之间的互操作性是军事应用的重要考虑内容,更换一架 F-15战斗机上的无线电可不是件简单的事。SCA希望有效地消除现场提供新无线电和升级任何已部署的无线电的困难。

SCA位于操作系统之上,是软、硬件之间的“粘合剂”(图 1)


  今天的SCA框架支持波形的可移植性,这是开发者正在追求的为数不

多的透明互操作能力。这个中间阶段在 SCA 发展中的原因是,SCA 框架主要面向通用处理器,如 Pentium 或 PowerPC。但是,为实现足够高的性能和成本效益,今天的多数设计都采用基于 DSP、FPGA 或同时采用基于 DSP和FPGA的专用硬件(图 2)。SCA 能有效地满足通用处理器的可移植性,但显然它不能达到专用硬件的标准。这种不足是 SCA 中最薄弱的一环,原因是,如果你不能在各个平台间轻易地移植软件,就不可能实现所需要的互操作性,或更准确地说,实现接近或充分的互操作性。

都采用基于 DSP、FPGA 或同时采用基于 DSP和FPGA的专用硬件(图 2)


  JTRS 正在解决专用硬件问题。主要考虑到设计者采用一种线性或顺序方式开发软件,而硬件则在并行处理时才能达到其最高效率。开发者定义各个功能的方法对最终实现的效率有主要的影响。当然,可以将一个打算运行在通用处理器上的波形 C 实现移植到一个 DSP 或 FPGA 上。要做的所有工作只是通过合适工具运行 C 代码,这种工具能将功能转换为 FPGA 实现。但是这个步骤忽略了使用 FPGA 主架构的优点 :广泛的并行性。事实上,利用这种并行性的唯一方法是有效地重作代码,这是将一个简单移植转换为一次广泛的重新设计。在这点上还存有疑问,即 FPGA 实际上是否会增加成本。

  这个问题很难解决。最高效的代码要与所用结构相匹配:FPGA、DSP、DSP 和 FPGA混合、通用处理器、等等。虽然几乎不可能要求软件供应商建立这些显然互异的代码版本,但单一的通用实现看来也不会有效。

  JTRS 试图在 SCA 规格 Version 3.0 中解决专用硬件问题。期望通过建立抽象的处理资源,将其分配给各种任务。但是,很多开发者认为此方案是面向软件,不足以赶上 DSP 和 FPGA 能力。尤其 SCA 并没有明确地定义抽象等级,迫使供应商用结果去解释规范,而每种实现相差甚大,实际上成为了专有实现。此外,在某些情况下,由于实现抽象需要额外软件,这足以完全削弱 DSP 和 FPGA 的任何性能优势。于是,JTRS 就回复到以前版本的 SCA。

  DSP 和 FPGA 是在军用和商业应用中建立高效和高性价比 SCA 实现的基础。通用处理器在实现一般任务时很有效,但在实现有良好定义、密集计算的处理算法时效率远低于专用硬件,从而带来更大功耗和更大的无线电体积,两者都不是想要的结果。JTRS 正寻求利用专用硬件的优点,而无需将软件捆绑到专有硬件实现上。JTRS 经 2005 年的重组后,其领导层决定内部解决这个问题。另一方面,尽管这个方案限制了业界在标准形成过程中的参与程度,但这个决定可防止商业势力迫使变化,这种变化会对业界向军队供应商委托 SCA 造成负面影响。

  在 SCA 实现中有效使用专用硬件的工作正在进行中。例如,在 FPGA 或 DSP 上实现 SCA 的一个主要开销源是 CORBA(公共对象请求代理结构)的使用。CORBA 是操作系统和 SCA 框架之间的中间件层。它通过一个软件总线在软件对象之间传送数据。在 DSP 或 FPGA 上实现 CORBA 并非简单的事。但是,几家供应商正在开发一些在专用硬件上实现 CORBA 的方法,它使硬件看起来更象软件,而无需做不合理的性能折衷。

  过渡期的 SDR

  对军队来说,最高优先级的工作是使 SDR 达到这样一个程度,即无线电不再是专有平台,而 JTRS 用它的指令不断使这个目标在现实中成为可能,即使有些军用无线电供应商并不热衷于将原来狭窄的工作领域扩展到外界竞争中,SCA 是这种现实的基础。

  但在商业领域,SCA框架只有有限的支撑点,或许没有什么吸引力。虽然很多商业应用可以从基于SCA的基础上获得好处,但SCA框架也许吞下了过多难以消化的互操作性问题。完全可交换的软、硬件导致了一个只有成本差异的市场。商业领域的开放设计几乎没有好处,只不过会招致降低利润水平的竞争而已。

  商业领域在创新上繁荣发展,在无线电应用中,硬件是主要的差异化根源。SCA 框架禁止引入专用硬件。但是,随着 SCA 标准的发展,

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