0 引言

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

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

　　針對異構(gòu)通信信號處理平臺在實時性、分布式、可靠性等方面的要求，自動代碼生成器需應對異構(gòu)平臺中的實時處理，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，實現(xiàn)組件的快速開發(fā)，縮短新算法從理論到應用的開發(fā)周期，本文提出了一種新型的代碼自動生成器工具。該生成工具包括框架配置文件向?qū)А⒚枋鲆睾甓x文件實時更新、硬件驅(qū)動源代碼框架生成、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生成等。實測分析表明，該生成工具對于異構(gòu)通信平臺軟件快速開發(fā)、硬件迅速映射、用戶便捷應用等方面有顯著突破，是異構(gòu)通信信號處理平臺實現(xiàn)其實時性、分布式、可靠性的重要工具。

1 自動代碼生成技術(shù)

　　目前，自動代碼生成技術(shù)應用十分廣泛，在UML建模[6]、模型驅(qū)動框架（MDA）[7]、數(shù)據(jù)庫表創(chuàng)建[8]等方面都有所突破。但是在異構(gòu)通信處理平臺上的代碼自動生成技術(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)通信信號處理平臺的代碼自動生成關(guān)鍵在于建模抽象技術(shù)[10]、復用技術(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，只對有相應的輸入來源和邏輯規(guī)律的代碼進行修改；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現(xiàn)自動生成的主要代碼。

　　代碼自動生成主要由元數(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)是對異構(gòu)通信處理平臺資源的一種描述，通過建模實現(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性部分，即需根據(jù)規(guī)律自動生成的部分。

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

2 異構(gòu)平臺的軟件體系架構(gòu)

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

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

3 自動代碼生成器實現(xiàn)

　　3.1 操作系統(tǒng)與驅(qū)動層代碼生成

　　在操作系統(tǒng)與驅(qū)動層，異構(gòu)通信處理平臺的自動代碼生成工具主要涉及硬件設(shè)備驅(qū)動的自動代碼生成。處理器包括作為設(shè)備的處理器和平臺中的處理器。每個硬件設(shè)備驅(qū)動都要實現(xiàn)如表1所示的功能。

　　驅(qū)動接口名稱由功能名稱和數(shù)據(jù)庫存儲的板卡類型號、處理器類型碼和處理器號組成。板卡類型號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。處理器號是對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)中唯一一個處理器，由此定義驅(qū)動函數(shù)。

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

　　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)通信處理平臺的自動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ζ脚_配置時的可視化向?qū)?，主要方面如?所示。用戶可根據(jù)可視化向?qū)ζ脚_進行配置，由具體模板模式以及用戶對平臺的配置信息，形成系統(tǒng)可識別的配置文件。

　　3.2.2 描述要素宏定義

　　描述要素是對平臺系統(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)對異構(gòu)通信處理平臺建模，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。自動生成要素宏定義保證了系統(tǒng)擴展升級時的一致性，是實現(xiàn)平臺高可靠性和可擴展性的保證。

　　3.3 應用層代碼生成

　　3.3.1 軟件組件函數(shù)框架

　　軟件組件源代碼主要包括對應用功能組件的定義和實現(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)庫中查找組件對應的參數(shù)名和參數(shù)類型，為實現(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，既運用了C的快速計算功能，也兼具了Python簡單的流模式記錄特性，是軟件裝配腳本的良好選擇。文本文件對操作系統(tǒng)的適應性更強，增加了系統(tǒng)可移植性，但是需要設(shè)計文本格式和解析引擎。

　　為保證系統(tǒng)實時性和可擴展性，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。兩種腳本可視化應用對用戶沒有區(qū)別，可根據(jù)自己熟悉的編程模式選擇腳本類型。在應用運行時，雙引擎解析自動識別應用描述腳本，執(zhí)行應用。

4 實測分析

　　為驗證本文提出的自動代碼生成器的有效性，將以一個QPSK調(diào)制解調(diào)信號處理流程為例，在實際系統(tǒng)上進行測試。

　　4.1 實驗系統(tǒng)體系組成

　　本次實驗系統(tǒng)的硬件平臺以PC作為域管理器，ATCA和VPX作為處理平臺。ATCA平臺包括兩塊板卡，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，硬件平臺拓撲如圖4所示。

　　以QPSK調(diào)制解調(diào)信號處理流程為例。Txdemo組件的功能是產(chǎn)生1 024長度的二進制信號，并通過輸出端口發(fā)送出去，Rxdemo組件的功能是接收信號，并且將信號保存到指定文件中，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 實驗結(jié)果及分析

　　QPSK調(diào)制解調(diào)波形結(jié)果如圖6所示。結(jié)果與實驗預期結(jié)果相符，印證了框架的可行性，即自動代碼生成的編程一致性和可靠性。應用模塊分布在不同的處理器上，滿足代碼自動生成的異構(gòu)平臺分布性。在系統(tǒng)運行過程中，除了模塊功能代碼之外，均由代碼自動生成實現(xiàn)。各模塊的運行時間如表5所示。經(jīng)計算，框架代碼生成時間開銷占應用總開銷的2%，滿足實時性要求。綜合驗證結(jié)果，基于異構(gòu)通信處理平臺的自動代碼生成技術(shù)滿足了系統(tǒng)對實時性、分布式、可靠性等方面的要求，證明了自動代碼生成的有效性。

5 結(jié)論

　　本文基于異構(gòu)通信處理平臺框架，根據(jù)其對實時性、分布式、可靠性等方面的要求，實現(xiàn)了該框架的自動代碼生成。實現(xiàn)了框架配置文件、要素宏定義文件、硬件驅(qū)動源代碼框架、軟件組件源程序框架以及裝配粘合代碼的自動生成，加強了平臺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)和測試代碼的工作量，提高了軟件開發(fā)的效率。

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