基于OFDM技術的高速有線傳輸系統軟硬件設計

張 榮，魏敬和，鄒家軒，楊 兵

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

1 引言

高速數據傳輸是目前較熱門的研究課題，正交頻分復用（OFDM）技術是一種無線環境下的高速數據傳輸技術，它采用相互正交的多載波傳遞信息，具有很強的抗干擾、抗衰落能力及較高的頻譜利用率，被認為是未來無線寬帶接入系統的基本實現技術之一。本文將OFDM技術應用于有線環境，設計了一種高速有線傳輸系統，實現了數據在雙絞線上的高速穩定傳輸。

2 系統硬件設計

系統硬件如圖1所示，整個系統分為發送端和接收端，由PC、DSP、調制/解調模塊組成。DSP采用TI公司生產的TMS320c6455，它集成了高速外部存儲器接口（EMIF）和以太網控制器接口（EMAC），主頻可達到1.2GHz，具有2MB的L2 catch，可以對數據進行高速處理和傳輸，滿足設計要求。DSP和PC之間通過百兆以太網相連，DSP和調制/解調模塊之間通過EMIF接口連接，DSP通過EMIF接口訪問調制/解調模塊的內部寄存器和數據FIFO。百兆以太網和EMIF接口均為高速接口，滿足數據傳輸的要求。調制/解調模塊實現了OFDM技術，可以使數據在信道上高速傳輸。信道采用航空雙絞線。

圖1 系統硬件實現

3 系統軟件整體設計

本系統由發送端和接收端組成，如圖1所示，在軟件設計中采用發送端和接收端軟件一體化設計，從而使發送端和接收端軟件一致。軟件構成如圖2所示，軟件系統由PC端軟件和DSP端軟件兩部分組成。PC和DSP構成C-S結構，DSP是服務器，PC是客戶端。PC和DSP之間采用TCP/IP協議進行通信，確保數據能夠正確傳輸。當軟件系統運行后，PC（客戶端）向DSP（服務器）提出連接請求，建立客戶端與服務器端的連接，然后PC和DSP就可以進行數據交換。

圖2 系統軟件架構

系統工作流程如圖3所示，流程由帶數字的箭頭示明。首先由接收端PC1向接收端DSP1發起連接請求，當接收端連接建立后，發送端PC2向發送端DSP2請求連接，雙方連接建立后，數據傳輸開始，數據由PC2到DSP2，經過調制解調模塊和信道到達接收方。

圖3 軟件總體流程

4 PC端軟件設計

PC端軟件負責發送和接收數據，其框架如圖4所示，采用分層設計，最頂層是主界面，由主界面可以按照需要進入發送界面或者接收界面，發送界面和接收界面負責和用戶進行交互，發送界面可以選擇用戶需要發送的文件數據，用戶可在接收界面指定接收到的數據存儲的路徑，在數據傳輸開始后，發送界面和接收界面均可指示已傳輸數據量和傳輸速率。用戶與發送界面、接收界面交互完成后，分別啟動發送線程和接收線程開始傳輸數據。PC軟件的最底層為Socket層，具體負責數據包的發送和接收。

圖5 PC端軟件流程圖

PC端軟件采用接收端和發送端一體化設計，遵循同一流程，其流程如圖5所示，系統運行后，首先進行人機交互，配置相應參數，然后對網絡進行配置，建立SOCKET環境，然后向服務器發起連接請求，當連接建立后，即可開始數據處理與傳輸。

5 DSP端軟件設計

5.1 DSP端軟件框架

DSP端軟件框架如圖6所示，整個DSP端軟件系統由應用層、DSP/BIOS操作系統、網絡開發包（NDK）、底層驅動組成，圖中箭頭方向體現了各個部分之間的依賴關系。整個系統建立在DSP/BIOS操作系統的基礎上，DSP/BIOS操作系統是一款多任務實時操作系統，擁有可搶占式內核和任務同步與調度機制。本系統中，DSP/BIOS操作系統負責加載底層驅動，對應用層任務進行調度。

圖6 DSP端軟件框架

5.2 底層驅動設計與NDK的移植

本系統驅動包括GPIO、PLL、EMIF、EMAC，如圖7所示，其驅動均在TI提供的CSL庫基礎上進行設計，采用統一的接口和數據結構，具有很高的模塊化程度和良好的復用性。

圖7 底層驅動框架

NDK是TI提供的網絡開發包，本系統使用的NDK版本為NDK2.0，采用NIMU架構，主要包含以太網驅動和協議棧兩部分，具有良好的層次性和移植性，對于不同的硬件系統只需要移植以太網驅動部分即可。本系統使用TMS320c6455集成的EMAC接口和lxt971a網卡芯片，根據NDK的接口要求進行了移植。

5.3 應用層軟件設計

應用層程序構建在DSP/BIOS操作系統中，如圖8所示，以任務形式組建。主要包含以下幾個任務：主任務，自檢任務，用戶任務，中斷。

（1）主任務：主任務用來建立網絡運行環境，配置網絡參數（IP地址、網關、子網掩碼等），配置網絡服務（ping服務），配置網絡緩存，啟動網絡，程序結束時關閉網絡環境。

圖8 應用層軟件框架

（2）自檢任務：網絡自檢，檢查網絡系統是否正常運行，當系統添加或移除IP地址時運行。

（3）用戶任務：用戶任務負責DSP與PC以及DSP與調制解調模塊的數據交互，并對數據進行處理，構建PC與調制解調模塊之間的數據通道。

（4）中斷：負責數據同步以及對緊急事件的處理。

6 結束語

本文設計的基于OFDM技術的高速有線傳輸系統，使用航空雙絞線作為信道時傳輸速度達到30Mbps，而且傳輸穩定、可靠，具有良好的應用前景。

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