引言

    在科技发展迅速的当今，各种开发平台出现在我们的视野。今天我们要讨论的是SFF SDR（小型软件定义无线电）开发平台。它是一种模块化的 RF/IF/基带平台（图 1 和图 2）。该平台展示了 Xilinx 和德州仪器 （Texas Instruments, TI） 的芯片产品以及设计流程和软件架构。 这个平台还为手持设备开发人员提供了特定的关键功能，如实时功耗配置和监测。

　　图 1 – SFF SDR 开发平台的模块平台

　　此平台是德州仪器、Xilinx 和 Lyrtech 以及众多主要软件工具供应商联合开发的成果。 此平台具有一个Xilinx Virtex-4器件，该器件的先进功能可为您开发高效的功耗优化设计助一臂之力。

　　本文将讨论组合 DSP/FPGA 架构和设计的趋势及其在 SFF SDR 开发平台中体现的方法。 本文还将介绍用混合设计流程（对于FPGA使用基于模型的开发方法，对于片上系统的DSP使用C/汇编语言）设计的简单的家用无线电服务（FRS） FM调制方法和较复杂的 GSM 调制方法。

　　图 2 – SFF SDR 开发平台的框图与技术

　　SFF SDR 开发平台

　　加拿大Lyrtech公司研制的小型软件无线电平台SFF SDR属于专用便携式SDR，可应用于军事、公共安全、商用等领域。该产品集成了DSP和FPGA开发技术，是Lyrtech公司低成本的、商业现成的软硬件集成解决方案的重要组成部分。 SFF SDR系列产品包括SFF SDR开发平台（SFF SDR Development Platform），SFF SDR评估模块（SFF SDR Evaluation module）和SFF SCA开发平台（SFF SCA Development Platform）。

　　产品亮点：

　　·属于业内体积的SDR平台，体积小，功能完备且独立，方便易携带；

　　·无缝的软硬件集成开发流程，具备从射频（RF）到基带的完整的处理功能；

　　·每一个处理器都配备有嵌入的、独立的功率监测系统；

　　·支持基于模型的开发工具（MATLAB/Simulink，System Generator），加速原型验证过程；

　　·具有集成的故障检修、硬件在回路、以及协同验证功能；

　　·平台上集成了GPP、DSP和FPGA，方便实现一个完整的、无线电系统的所有协议层；

　　重要特征：

　　·TI TMS320DM6446 DSP片上系统/C64x+ DSP核，594MHz/ARM926核，297MHz/丰富的外围设备，包括串口，USB，EMAC，DDR2 EMIF，以及视频端口；

　　·Xilinx Virtex-4 SX35 FPGA芯片

　　·TI ADS5500, 125-MSPS, 14-bit双通道模数转换器

　　·TI DAC5687, 500-MSPS, 16-bit双通道模数转换器

　　·带宽选择（5MHz或者20MHz）

　　·模块化组件：可以组装其它板卡

　　·RF模块的工作频带：360MHz和960MHz

　　·支持增加第二个RF模块，用于全双工模式操作，或者覆盖附加的频带

　　·以太网远程接入功能

　　应用领域：

　　·军事 军事通信 手持和背负式系统 车载系统

　　·公共安全 公共安全无线电设备 军事通信 手持和背负式系统 车载系统 发射机应答器 多标准、多频带终端 车载系统

　　·商用 宽带数据系统 蜂窝手持移动电话 无线电频率识别（RFID） Pico, femto基站 认知无线电技术（Cognitive Radio）

　　FRS 和 GSM 应用示例

　　SFF SDR 开发平台包含一个基本应用示例： 简单的 FRS FM 波形。 图 3 所示示例完全采用基于模型的方法设计，以便显示该平台的快速原型设计功能。 此应用还说明了如何在 DSP 和 FPGA 之间分配应用功能，并且说明了将不同处理部分从 FPGA “转移”到 DSP（以及相反过程）的效果。

　　（ a）                                   （b）

　　图 3 – 用“完全基于模型设计”的方法设计简单的  FRS 波形。 图 3（a） 所示为 DSP 处理（Tx 端）；图 3（b） 所示为 FPGA 处理（Rx 和 Tx 端）。

　　图 4 所示为使用 Simulink/Xilinx System Generator for DSP 中基于模型的方法实现的 GSM 物理层的 FPGA 部分。 此模型实际上是一个可执行的框图，其中所有信号处理功能都可以通过结合 Simulink 信号源、信道仿真、输出示波器和数据误码率分析进行仿真和验证。

　　这一方法的优点是，一旦完成仿真，即可将模型综合到 FPGA 比特流中去用实际信号执行。

　　我们先浅释开发过程，然后对非常具体的 DSP 相关实现和时序实现方面进行较深入的探讨。

　　该 GSM 项目当初的目标器件是 Virtex-II 系列，用一个 Virtex-4 器件对同样的 System Generator 模块进行了重新综合和重新验证。 可见采用基于模型的方法的主要好处就是 便于器件重定向。

　　图 4 – GSM 物理层的 FPGA 模型

　　这种重定向的实现方法尚可通过关，但是，使用 Virtex-4 FPGA 中 DSP48 处理单元的更功能是为了优化设计，因为优化设计越多功耗就越小。 图 5 所示为模型的一个关键的高速部件——发送端 IF 混频器，其运行速度是 IF 采集速度 （104 MHz）。 优化这一部分是降低功耗的关键。 这是通过“调整”DSP48 微码（如图形用户界面子窗口中所示）实现的，该微码被编程为执行一个乘加指令。 这样，与 Virtex-II 器件相比，FPGA 资源就会低得多。 由于这一优化，用电量（用此平台的功耗测量功能验证）也会低许多，Virtex-4 器件的整体功耗配置也会得到改善。

　　图 5 还显示了 System Generator 另一个令人非常感兴趣的优化功能——重定时功能。 这一强大功能使 System Generator 可以在整条流水线的适当位置插入锁存器。 这一自动重新定时功能确实起到了简化作用，特别是对直接数字合成（DDS）功能等高速部分。

　　Virtex-4 架构和工具的使用使 GSM 物理层的实现大受裨益。 就 FPGA 的资源和功耗而言，我们用 SFF 的功耗测量功能大大优化了实现过程。 连续功耗监测等其他功能将使您能够对运算过程中的用电量进行表征，从而进一步实现处理优化。

　　图 5 – 使用微码自定义 DSP48 处理单元

　　结论

　　本文介绍的SFF SDR 开发平台为手持设备开发人员提供了非常灵活的平台。 此平台以 TI 和 Xilinx 等芯片供应商提供的处理器以及 The MathWorks 等主要供应商提供的软件工具为依托，为手持设备开发人员提供了一个真正的“乐高模块箱”，在不断加速、竞争激烈而又极有前途的无线设备市场中构建出先进的产品。相信该平台会给开发人员（特别是小型软件开发人员）带来一定的方便。