软件无线电原理与技术第3章 软件无线电软件体系结构.ppt

3.1 综述 3.2 主要的软件体系结构 3.3 软件通信结构SC 3.4 软件下载以及软件可重配置 3.5 软件无线电可用的编程语言 　　软件无线电以软件方式实现各种空中接口，提供了灵活的无线通信方式，以及灵活的传输机制、协议和应用。显然，软件的作用居于核心位置，这与传统的基于硬件的无线电是完全不同的。软件无线电的软件设计包括：软件的功能、软/硬件之间的相互关系和软件的体系结构。软件可定义的特性包括射频频带、空中接口波形及其他相关功能。涉及软件无线电的软件是较为复杂的，并且其规模在迅速扩大。因此，仅仅了解如何针对通信的某些特定功能来编制程序或研究算法显然是不够的。那么软件无线电的软件设计有什么特殊要求呢？ 　　在计算机互联网时代，TCP/IP的出现屏蔽了异构网络(即不同物理层结构的网络)的差异，而向上层提供统一的服务，真正实现了网络的互联，从而使Internet的发展有了质的飞跃。类似的要求也出现在无线通信领域，即软件无线电的软件部分屏蔽硬件部分的差异(不同的硬件结构和信号特征)，而向上层提供统一的各类服务。因此要求软件无线电的软件部分具有以下特点：　　(1) 具有良好的开放性，采用模块化结构。这样使通信的高级应用可以利用现有的低层程序模块，避免了低水平的技术重复，提高了开发效率，升级方便。 　　(2) 软件可重用。在不同开发环境下开发的软件程序可以应用于不同的硬件平台上，软件程序具有统一的源代码并能够屏蔽硬件平台和开发环境的差异。理想情况下，软件也可以实现“即插即用”(plug play)功能。这里引入一个重要的概念——“软件总线”，软件总线与硬件总线类似，将应用模块按标准做成插件，插入总线即可实现集成运行，从而支持分布式的计算环境。　　为了能够达成上述目标，我们需要从一个更高的层次来认识软件无线电的软件设计问题，这就是软件体系结构。 　　软件体系结构是指软件系统的结构，它由一些规则、建议、习惯组成，从构件的角度定义了系统的结构，说明了构成系统的各个构件之间是如何通信和实现互操作的。简单地说，软件体系结构就是对系统软件的总体描述，是一个系统的草图，其描述对象是构成系统的构件。这些构件是抽象的，只有在具体实现阶段，这些抽象的构件才会细化为实际的组件。软件结构用于指导大型软件各个方面的设计。 　　在软件无线电应用技术中，软件体系结构位于中心位置。在确定软件体系结构的基础上，可以进一步通过编程实现通信的功能和相应的协议。现有的软件结构很多，但是对于软件无线电而言，重点在于开发开放的软件结构及其接口，这项工作的目标是鼓励软件可重用、可移植以及保障在不同通信设备以及协议之间的互操作性。 3.2.2 开放的软件结构　　实现理想的软件无线电要求软件具有相对于硬件平台的独立性。实现软件对硬件独立的方式之一是建立介于硬件和软件之间的中间件，形成硬件、软件和中间插件的层次结构。 这就构成了与硬件特定软件结构不同的开放的软件结构。开放的软件结构如图3-2所示。从图3-2中可以看到，开放的软件结构是分层的，这样硬件完全可以与应用软件剥离开来。为了实现这种剥离，采用中间件将硬件单元封装到对象中，并且允许对象通过标准接口互相通信，这个中间件较常采用公共对象服务代理结构 (CORBA，Common Object Request Broker Architecture)。另外下层为操作系统、驱动程序、资源管理，以及内部处理器通信。硬件、中间件以及下层软件通常合称为框架。操作环境完成硬件资源的管理，比如分配硬件资源给不同的应用，存储器管理，中断服务，提供统一接口给硬件模块。 　　这种结构使应用软件的开发更易于移植，更为快捷，成本更低。应用软件的开发者从对底层硬件的编程中解放出来，可将精力集中在更为复杂和强有力的应用设计中。 3.2.3 面向过程和面向对象的软件设计方法　　硬件特定的软件结构和开放的软件结构的软件设计思想分别面向过程 (或是结构化)和面向对象。在这里仅作简单介绍，详细情况可以参考相关参考书。　　1. 面向过程的软件设计方法　　面向过程(或结构化)的设计是从系统的功能入手，按照工程标准和严格规范将系统分解为若干功能模块，通过函数实现其功能。结构化方法首先关心的是功能，强调以模块(即过程)为中心，采用模块化、自顶向下、逐步求精的设计过程，系统是实现模块功能的函数和过程的集合，结构清晰，可读性好。结构化的设计着重于“如何做”。 　　然而，用户的需求和软/硬件技术的不断发展变化使得作为系统基本成分的功能模块很容易受到影响，局部修改甚至会引起系统的根本性变化。开发过程前期入手快而后期频繁改动的现象比较常见。在面向过程的思想中，一个程序一般都是由一个个函数组成的，这些函数之间相互调用，于是就形成了一个完整的程序，解