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用於多處理器軟體無線電的CORBA

上網時間: 2007年08月27日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:軟體無線電  SDR  CORBA 

目前軟體無線電(SDR)的發展趨勢是體積日益微縮,性能則越來越高,這意味著無線設計師必須謹慎地選擇硬體和軟體的元件技術。所有設計師都必須瞭解的一項技術,就是公共物件請求代理架構(CORBA)技術。對於基於軟體通訊架構(SCA)的SDR來說,CORBA是必要的中介軟體層。商用化CORBA物件請求代理(ORB)是高性能且需求空間小的軟體,能提供單處理器或多處理器SDR系統中的通訊架構。它們能實現通用處理器(GPP)、數位訊號處理(DSP)和現場可編程閘陣列(FPGA)中處理資源的智慧分配和最佳分配。在多處理器系統中,瞭解CORBA的作用將可節省工程資源、加速上市時間、提高SDR的性能並減少體積與增強可攜性能。

CORBA ORB和SCA

CORBA ORB是一種軟體產品,如來自目標介面的ORBexpress RT,能讓設計師簡化分散式軟體的研發,建構可升級、高效和強韌的應用,並縮短研發時間。一個典型的SCA SDR建構在一個ORB的分散式通訊服務和一個即時作業系統之上。SCA提供的多功能要求一個複雜的軟體平台,該平台佔據大量的無線運算資源,並為體積、重量和功率(SWAP)提出了約束條件。這就是對小型SDR設計來說,為何需求空間小和低功率ORB非常重要的主因:它可減少系統的SWAP。

目前SDR的發展趨勢是更加小型化。有許多方法來減少SCA所需空間並改良性能,能在更小的低功率手持設備中實現SDR。兩種正在採用的方法分別為‘SCA-Lite’,和採用FPGA實現的CORBA ORB。

SCA Lite

符合SCA的架構能提供幾個優點:包括軟體再使用、能降低生產成本的公共硬體和軟體平台,以及現場可升級性能。同時,一些用戶和開發商更加關注符合SCA架構的尺寸、成本和功率。對SDR感興趣的一些公司正與SDR論壇合作,這些公司致力於開發比標準軟體無線電要求空間更小的系統所需之SCA元件,從而產生了適用於在原有核心功能不變條件下,針對SDR應用的小型化‘SCA-Lite’核心框架。

採用FPGA的CORBA ORB

軟體無線電開發人員已發現他們無法得到足夠的處理功率。由於波形(waveform)變得又大又複雜,在試圖同時管理多個大波形時,許多無線電建構者在性能方面遭遇挑戰。軟體供應商透過提供增強性能的一些技術來因應。其中一項就是在定製的FPGA硬體上直接實現一個ORB。這可為所選功能提升100倍的性能。無線電開發人員可利用一個用於通用處理器的標準ORB和一個FPGA ORB,來大幅改善無線電吞吐率。這將在不超過標準通用處理器或DSP能力的條件下,允許在無線電中採用一些較大的波形。見圖1。

多處理器平台

像SDR這類的訊號處理系統通常包括多種類型的處理器,如DSP、GPP和FPGA。這些功能各異的處理器必須合作,也帶來了許多挑戰。最顯著的是,各種硬體架構、作業系統和工具語言之間的通訊將帶來大量工程問題,這些問題包括一些影響性能、安全和數據完整性的微妙行為。

不過,利用GPP、DSP和FPGA上的CORBA,能為上述三種類型的處理器提供COTS解決方案和公用通訊架構。與目前用來連接FPGA、GPP和DSP的定製GPP到FPGA橋接方案相較,該架構提供了幾項優勢:1. 促進了目標行動性和位置透明性;2. 透過限制系統的尺寸、重量和功率改善吞吐量;3. 允許設計師採用高性能的COTS方案,無需大量投資於定製的軟硬體方案(圖2)。

圖1:FPGA上的CORBA方案架構。
圖1:FPGA上的CORBA方案架構。

圖2:新一代的全CORBA及符合SCA無線電的架構。
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圖2:新一代的全CORBA及符合SCA無線電的架構。

CORBA在多處理器系統中的作用

CORBA ORB提供了位置透明性和處理行動性這兩項功能,促進了SDR的靈活性。位置透明性方便了處理器技術中功能或邏輯部份的移動。這使得在同一處理器與在遠端處理器中呼叫物件相較沒有什麼差別。工程師可重新分配邏輯,無需從頭設計系統,進一步節省時間。處理的可移動性平衡了位置透明性,使得設計師可以容易地將邏輯轉移到另一個處理器中。

這就意味著,設計師可在一開始於工作站上建構SDR,然後輕易地將各組件轉移到GPP、DSP和FPGA上,以最佳化系統總性能。

恰當的例子:Lyrtech、Xilinx和TI的小型SCA研發平台

去年,Lyrtech、Xilinx和TI發佈了一個小型尺寸(SFF)的SCA研發平台,解決了軍用、公共安全和商用市場中對輕便型SDR的需求。該SFF SCA研發平台只具備CORBA ORB功能,可支援GPP、DSP和FPGA。

ORBexpress FPGA是完全為FPGA而建構的,並支援Xilinx Virtex-4和Virtex-5系列的部份重新配置。ORBexpress RT則是目前市場上最快和最小的ORB,已實際應用於每個主要的SDR計劃中。它支援1,200多個不同的二進制平台,包括了每個主要的RTOS和處理器系列。ORBexpress DSP的所需空間和速度已被最佳化,適用於DSP。ORBexpress DSP和ORBexpress RT均支援TI的DaVinci SoC,這款DaVinci晶片由TI 64x+DSP核心和一個獨立實體處理器中的ARM GPP構成,建構了Lyrtech的硬體架構。

本文小結

隨著SCA的成熟,加上無線電開發人員在開發和配置基於SCA無線電方面的經驗不斷累積,設計師對COTS方案的仰賴程度日益提升。許多設計師已開始使用由Lyrtech、Spectrum Signal和ISR Technologies等公司提供的合成性COTS開發平台,這些平台包含了硬體、作業系統、物件請求代理、SCA核心框架和SDR開發工具組。這些合成平台使讓研究人員和開發者即時建構波形,大量減少開發時間,並降低開發一個SDR的風險。

目標物件介面系統可提供更小的所需空間、高性能CORBA ORB,最佳化了DSP和FPGA上的ORBexpress。目標物件介面還在SCA核心框架方面整合了核心框架供應商,如Communications Research Centre(CRC)和Harris公司,實現了超小的SCA。此外,目標物件介面也持續與SDR工具供應商如Zeligsoft和CRC公司合作,以開發出能加速SDR上市時間的合成開發工具。

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註:什麼是CORBA?

CORBA是一個開放的、由物件管理小組(OMG)聯盟制訂的中立供應商標準。CORBA使稱為物件的程式能與網路上的其他程式相互通訊,無論這些程式使用何程程式語言,在何種作業系統上執行,以及它們在系統中的具體位置。

CORBA經常被描述成一個‘軟體匯流排’,因為它是一個基於軟體的通訊介面,可透過該介面來定位和存取目標物件。

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作者:Joe Jacob,

資深副總裁

   Email: joe.jacob@ois.com

   Objective Interface Systems公司




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