0 引言

　　隨著通信信號(hào)處理技術(shù)不斷發(fā)展，面臨著無線通信體制更新?lián)Q代速度快、軟硬件升級(jí)頻繁、研制成本高、開發(fā)周期長(zhǎng)等問題[1]。為應(yīng)對(duì)多體制通信處理的快速更新，基于軟件化定義的異構(gòu)通信處理平臺(tái)成為了近年來的研究熱點(diǎn)[2]。

　　雖然異構(gòu)通信處理平臺(tái)性能良好、適用性廣，但是由于其涉及軟硬件類型繁多，導(dǎo)致了開發(fā)過程復(fù)雜、開發(fā)周期長(zhǎng)、分工合作銜接困難等問題[3]。在龐大復(fù)雜的平臺(tái)系統(tǒng)中，一點(diǎn)改動(dòng)就可能牽一發(fā)而動(dòng)全身，導(dǎo)致程序的不一致性。為了降低軟件開發(fā)強(qiáng)度，縮短開發(fā)周期，減少代碼的重復(fù)書寫，一直以來軟件開發(fā)者都致力于代碼自動(dòng)生成方面的研究。作為復(fù)用技術(shù)的核心和基礎(chǔ)，代碼自動(dòng)生成是提高軟件開發(fā)效率的有效手段[4]。自動(dòng)代碼生成器不僅減小了開發(fā)人員的工作量，同時(shí)提高了工程的一致性，更易于分工與維護(hù)。

　　針對(duì)異構(gòu)通信信號(hào)處理平臺(tái)在實(shí)時(shí)性、分布式、可靠性等方面的要求，自動(dòng)代碼生成器需應(yīng)對(duì)異構(gòu)平臺(tái)中的實(shí)時(shí)處理，以及編程一致的系統(tǒng)可靠性[5]。為了提高軟件開發(fā)綜合效率，實(shí)現(xiàn)組件的快速開發(fā)，縮短新算法從理論到應(yīng)用的開發(fā)周期，本文提出了一種新型的代碼自動(dòng)生成器工具。該生成工具包括框架配置文件向?qū)?、描述要素宏定義文件實(shí)時(shí)更新、硬件驅(qū)動(dòng)源代碼框架生成、軟件組件源程序框架生成、軟件包組裝以及裝配粘合代碼的自動(dòng)生成等。實(shí)測(cè)分析表明，該生成工具對(duì)于異構(gòu)通信平臺(tái)軟件快速開發(fā)、硬件迅速映射、用戶便捷應(yīng)用等方面有顯著突破，是異構(gòu)通信信號(hào)處理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)其實(shí)時(shí)性、分布式、可靠性的重要工具。

1 自動(dòng)代碼生成技術(shù)

　　目前，自動(dòng)代碼生成技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，在UML建模[6]、模型驅(qū)動(dòng)框架（MDA）[7]、數(shù)據(jù)庫(kù)表創(chuàng)建[8]等方面都有所突破。但是在異構(gòu)通信處理平臺(tái)上的代碼自動(dòng)生成技術(shù)仍不完善，只在異構(gòu)多核處理器方面有少量研究[9]。

　　基于異構(gòu)通信信號(hào)處理平臺(tái)的代碼自動(dòng)生成關(guān)鍵在于建模抽象技術(shù)[10]、復(fù)用技術(shù)[11]、Python引擎技術(shù)[12]。代碼主要分為3種類型[13]：第一種是框架代碼中的固定部分，無需做任何修改；第二種代碼指大部分不用修改，只對(duì)有相應(yīng)的輸入來源和邏輯規(guī)律的代碼進(jìn)行修改；第三種是沒有任何規(guī)律可循的特殊代碼，這類代碼須由專業(yè)人員填寫，無法自動(dòng)生成。第一種代碼可直接使用，第三種代碼留白待用，第二種代碼即需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成的主要代碼。

　　代碼自動(dòng)生成主要由元數(shù)據(jù)、代碼模板、數(shù)據(jù)模型和代碼生成引擎組成，其流程如圖1所示。

　　(1)元數(shù)據(jù)：元數(shù)據(jù)是對(duì)異構(gòu)通信處理平臺(tái)資源的一種描述，通過建模實(shí)現(xiàn)，是數(shù)據(jù)信息傳遞的基礎(chǔ)。

　　(2)代碼模板：代碼模板是用戶想要生成的源代碼模型，它表示源代碼中的共性部分，即無需修改的部分。

　　(3)數(shù)據(jù)模型：數(shù)據(jù)模型是代碼自動(dòng)生成框架的基礎(chǔ)模型，具有高度的抽象性。它表示了源代碼中的個(gè)性部分，即需根據(jù)規(guī)律自動(dòng)生成的部分。

　　(4)源代碼：源代碼是代碼自動(dòng)生成的成果，即通過自動(dòng)生成形成的可加入工程直接使用的完整代碼。

2 異構(gòu)平臺(tái)的軟件體系架構(gòu)

　　異構(gòu)通信處理平臺(tái)包括對(duì)ATCA、VPX、CPCI、專用PC等已有硬件處理平臺(tái)的兼容，可以統(tǒng)一地開發(fā)運(yùn)行環(huán)境實(shí)現(xiàn)軟硬件的無縫交互，實(shí)現(xiàn)多功能應(yīng)用組件的高度共享。其軟件體系架構(gòu)分為硬件層、板級(jí)支持包層、操作系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)層、硬件抽象層、核心服務(wù)層和應(yīng)用層。

　　一般地，為了實(shí)現(xiàn)異構(gòu)通信信號(hào)處理平臺(tái)中多處理器和軟件組件的升級(jí)繼承與資源共享，其自動(dòng)代碼生成器需滿足平臺(tái)框架需求，具體層級(jí)分布如圖2所示。通信處理平臺(tái)的自動(dòng)代碼生成器提高了軟件開發(fā)的綜合效率，實(shí)現(xiàn)硬件驅(qū)動(dòng)和軟件組件的快速開發(fā)，縮短了新算法應(yīng)用的實(shí)際周期，為通信領(lǐng)域的快速發(fā)展提供了良好的平臺(tái)。

3 自動(dòng)代碼生成器實(shí)現(xiàn)

　　3.1 操作系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)層代碼生成

　　在操作系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)層，異構(gòu)通信處理平臺(tái)的自動(dòng)代碼生成工具主要涉及硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)代碼生成。處理器包括作為設(shè)備的處理器和平臺(tái)中的處理器。每個(gè)硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)都要實(shí)現(xiàn)如表1所示的功能。

　　驅(qū)動(dòng)接口名稱由功能名稱和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的板卡類型號(hào)、處理器類型碼和處理器號(hào)組成。板卡類型號(hào)表明處理器所在板卡信息，確定處理器歸屬。處理器類型碼表明了處理器的類型、處理方式和編程模式。處理器號(hào)是對(duì)某板卡上具體處理器的確定。由以上三方面的信息共同確定系統(tǒng)中唯一一個(gè)處理器，由此定義驅(qū)動(dòng)函數(shù)。

　　根據(jù)組合形成的函數(shù)名，通過函數(shù)模板實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)接口的定義、注冊(cè)和函數(shù)框架生成。首先根據(jù)函數(shù)名形成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)接口定義文件，驅(qū)動(dòng)接口注冊(cè)文件和驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)文件。根據(jù)函數(shù)定義、注冊(cè)、函數(shù)框架的函數(shù)模板，自動(dòng)完成不同文件的驅(qū)動(dòng)定義和注冊(cè)。

　　3.2 核心服務(wù)層代碼生成

　　3.2.1 配置文件向?qū)?/p>

　　在核心服務(wù)層，異構(gòu)通信處理平臺(tái)的自動(dòng)代碼生成工具主要涉及配置文件向?qū)Ш兔枋鲆睾甓x。配置文件向?qū)е饕轻槍?duì)平臺(tái)配置時(shí)的可視化向?qū)?，主要方面如?所示。用戶可根據(jù)可視化向?qū)?duì)平臺(tái)進(jìn)行配置，由具體模板模式以及用戶對(duì)平臺(tái)的配置信息，形成系統(tǒng)可識(shí)別的配置文件。

　　3.2.2 描述要素宏定義

　　描述要素是對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)的整體描述，包括軟硬件物理元件、連接關(guān)系和功能描述。根據(jù)對(duì)異構(gòu)通信處理平臺(tái)建模，元數(shù)據(jù)結(jié)合特定編碼形成宏定義，模板變量如表3所示。自動(dòng)生成要素宏定義保證了系統(tǒng)擴(kuò)展升級(jí)時(shí)的一致性，是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)高可靠性和可擴(kuò)展性的保證。

　　3.3 應(yīng)用層代碼生成

　　3.3.1 軟件組件函數(shù)框架

　　軟件組件源代碼主要包括對(duì)應(yīng)用功能組件的定義和實(shí)現(xiàn)。軟件組件的函數(shù)如表4所示。組件函數(shù)名由組件名稱和功能名稱組成，創(chuàng)建對(duì)唯一組件的初始化、數(shù)據(jù)處理和參數(shù)配置等。根據(jù)組件名，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找組件對(duì)應(yīng)的參數(shù)名和參數(shù)類型，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義提供數(shù)據(jù)。根據(jù)組件名稱，由組件名作為定義文件和函數(shù)文件的名稱創(chuàng)建組件應(yīng)用文件。

　　3.3.2 軟件裝配腳本

　　軟件裝配的腳本生成是通信處理平臺(tái)的中心環(huán)節(jié)。根據(jù)通信處理流程形成的腳本文件，記錄了組件功能和連接方式，是軟件化處理的核心。Python腳本可直接解釋執(zhí)行，省去了編譯時(shí)間；并且可與多種語言保持良好的兼容性和互操作性[14]。用Python做腳本文件可無縫調(diào)用C模塊程序，既運(yùn)用了C的快速計(jì)算功能，也兼具了Python簡(jiǎn)單的流模式記錄特性，是軟件裝配腳本的良好選擇。文本文件對(duì)操作系統(tǒng)的適應(yīng)性更強(qiáng)，增加了系統(tǒng)可移植性，但是需要設(shè)計(jì)文本格式和解析引擎。

　　為保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性，軟件裝配的腳本采用雙解析引擎，以txt文本和python文件共同作為裝配腳本，如圖3所示。兩種腳本可視化應(yīng)用對(duì)用戶沒有區(qū)別，可根據(jù)自己熟悉的編程模式選擇腳本類型。在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)，雙引擎解析自動(dòng)識(shí)別應(yīng)用描述腳本，執(zhí)行應(yīng)用。

4 實(shí)測(cè)分析

　　為驗(yàn)證本文提出的自動(dòng)代碼生成器的有效性，將以一個(gè)QPSK調(diào)制解調(diào)信號(hào)處理流程為例，在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行測(cè)試。

　　4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)體系組成

　　本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)以PC作為域管理器，ATCA和VPX作為處理平臺(tái)。ATCA平臺(tái)包括兩塊板卡，板卡上有DSP和FPGA。VPX包括一塊板卡，板卡上有FPGA。其中，DSP類型為TMS320C6678，F(xiàn)PGA類型為XC5VLX50T，硬件平臺(tái)拓?fù)淙鐖D4所示。

　　以QPSK調(diào)制解調(diào)信號(hào)處理流程為例。Txdemo組件的功能是產(chǎn)生1 024長(zhǎng)度的二進(jìn)制信號(hào)，并通過輸出端口發(fā)送出去，Rxdemo組件的功能是接收信號(hào)，并且將信號(hào)保存到指定文件中，方便用戶查看。首先由Txdemo信源發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)QPSK調(diào)制模塊調(diào)制，通過AWGN信道后，再由QPSK解調(diào)模塊解調(diào)，最后將解調(diào)后的數(shù)據(jù)保存在Rxdemo中。其中，Txdemo組件和Rxdemo組件部署在PC上，QPSK調(diào)制模塊和QPSK 解調(diào)模塊部分別部署在ATCA的兩塊處理板上，AWGN信道部署在VPX的處理板上，具體部署如圖5。

　　4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　QPSK調(diào)制解調(diào)波形結(jié)果如圖6所示。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果相符，印證了框架的可行性，即自動(dòng)代碼生成的編程一致性和可靠性。應(yīng)用模塊分布在不同的處理器上，滿足代碼自動(dòng)生成的異構(gòu)平臺(tái)分布性。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，除了模塊功能代碼之外，均由代碼自動(dòng)生成實(shí)現(xiàn)。各模塊的運(yùn)行時(shí)間如表5所示。經(jīng)計(jì)算，框架代碼生成時(shí)間開銷占應(yīng)用總開銷的2%，滿足實(shí)時(shí)性要求。綜合驗(yàn)證結(jié)果，基于異構(gòu)通信處理平臺(tái)的自動(dòng)代碼生成技術(shù)滿足了系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、分布式、可靠性等方面的要求，證明了自動(dòng)代碼生成的有效性。

5 結(jié)論

　　本文基于異構(gòu)通信處理平臺(tái)框架，根據(jù)其對(duì)實(shí)時(shí)性、分布式、可靠性等方面的要求，實(shí)現(xiàn)了該框架的自動(dòng)代碼生成。實(shí)現(xiàn)了框架配置文件、要素宏定義文件、硬件驅(qū)動(dòng)源代碼框架、軟件組件源程序框架以及裝配粘合代碼的自動(dòng)生成，加強(qiáng)了平臺(tái)中軟硬件編程的一致性、縮短了開發(fā)周期，大大減少需要手工編寫開發(fā)和測(cè)試代碼的工作量，提高了軟件開發(fā)的效率。

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