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在单个处理器核上实现完整无线通信的方法及装置涉及一种无线通信的实现方法及其装置，其实现过程为：在一个DSP处理器核上集成物理层L1、数据链路层L2、网络层L3的一个或多个完整的无线系统的协议栈在DSP中运行，作为一个整体在DSP的集成开发环境中开发编译，生成可执行的二进制代码；DSP加电后，根据启动模式，可执行的二进制代码通过主机接口下载至DSP中，或从DSP的flash存储器中启动运行；程序执行DSP硬件自检、初始化设置的工作，检查SIM卡是否存在，并读取SIM卡数据；协议栈程序进行无线通信网络选择、小区同步、驻扎与登记；登记成功后，完成协议规定的如语音、补充业务、短消息和数据传输等业务；DSP断电，协议栈程序完成必要的去除登记工作。

1、  一种在单个处理器核上实现完整无线通信的方法，其实现过程为：对于单模式工作或者多模式工作的无线通信终端，在一个DSP核上分别集成一个或多个无线通信标准规定的完整无线通信终端协议栈软件，包括物理层L1、数据链路层L2和网络层L3的完整无线通信协议栈功能；在同一个DSP核上还集成外围电路以及通用输入输出端口的驱动软件，包括桥接无线通信协议栈到DSP核、外围电路以及通用输入输出端口的功能；无线通信终端协议栈程序以及驱动程序能作为一个整体在一个DSP核中运行；物理层L1、数据链路层L2、网络层L3协议栈程序以及驱动程序能作为一个整体在DSP的集成开发环境中开发编译，生成可执行的二进制代码；DSP处理器加电后，根据启动模式，可执行的二进制代码通过主机接口下载至DSP中，或从DSP的flash存储器中启动运行；程序执行DSP硬件自检、初始化设置的工作，检查SIM卡是否存在，并读取SIM卡数据；协议栈程序进行无线通信网络选择、小区同步、驻扎与登记；登记成功后，完成协议规定的如语音、补充业务、短消息和数据传输等业务；DSP断电，协议栈程序完成必要的去除登记工作。

2、  一种如权利要求1所述的在单个处理器核上实现完整无线通信的方法的实现装置，其特征在于：它包括DSP处理器(201)，用以完成整个无线系统协议栈的协议工作，同时通过桥接器完成对各模块的控制，以及与外部主机进行通信；桥接器(202)，完成与SIM卡的异步串口收发数据，在处理器控制下完成无线通信系统相关的突发定时控制；模拟基带芯片(203)，用以完成收发信模块和DSP处理器之间收发数据的模/数及数/模转换；收发信模块(204)，用以接收和发送无线信号；SIM卡(205)，与桥接器接口，用以向处理器提供用户的相关信息并完成网络认证、加密功能；晶体振荡器(206)，用以给WoP提供本地的频率和定时参考；电源管理模块(207)，用以完成整个装置的电源供给和管理；存储器(208)，用以提供DSP处理器运行时的数据及代码空间；外部主机(209)，用以运行各种无线应用程序；其中，桥接器(202)分别接DSP处理器(201)、模拟基带芯片(203)、收发信模块(204)、SIM卡(205)、外部主机(209)，收发信模块(204)与天线相接，DSP处理器(201)与存储器(208)相接。

在单个处理器核上实现完整无线通信的方法及装置
                              技术领域
本发明涉及一种无线通信的实现方法及其装置，特别是一种在单个处理器核上实现完整无线通信的方法及其装置。
                              背景技术
现有的手机或其他形式的无线通信终端，至少通过二个处理器，即DSP(数字信号处理器)和CPU(计算机处理器)核实现其无线通信和应用功能，DSP核通常执行无线通信标准中适时性强的部分功能软件，适时性次强的部分功能软件则由CPU核执行。至于其它的无线通信应用功能软件，可以与部分无线通信标准规定的功能软件放在同一个CPU核中执行，避免处理器核数量的增加，但是这种在物理和逻辑上同时关联2类不同功能的实现方法，使确定的通信功能与不断发展并且不易控制的应用功能同时集成的复杂程度增加，并会带来难以解决的系统不稳定性问题，因此不利于第三方的应用开发，不利于增加新的应用功能，无法达到最佳性能。现有功能强大并可升级的智能手机或带有无线通信功能的掌上电脑，从物理上将执行无线应用和其它多媒体应用的处理器核与执行无线通信功能的处理器核进行明确分割，于是至少需要三个处理器核；此外，当集成多种无线通信协议实现多模式通信功能时，处理器核的数量还将增加，造成功耗和成本增加。
                              发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种在单个处理器核上实现完整无线通信的方法及装置，即用单个数字信号处理器核实现无线通信标准规定的完整无线通信终端功能(简称WoP-Wireless on a Processor)。能从物理上分离执行无线应用的处理器核与执行无线通信功能的处理器核，维护了系统工作的稳定；减少了执行无线通信功能的处理器核的数量，简化了结构，降低了成本和功耗。
技术方案：实现本发明目的的WoP技术方案为：对于单模式工作或者多模式工作的无线通信终端，可以在一个DSP核上分别集成一个或多个无线通信标准规定的完整无线通信终端协议栈软件，包括物理层L1、数据链路层L2和网络层L3的完整无线通信协议栈功能；在同一个DSP核上还集成外围电路以及通用输入输出端口的驱动软件，包括桥接无线通信协议栈到DSP核、外围电路以及通用输入输出端口的功能；物理层L1、数据链路层L2和网络层L3协议栈程序以及驱动程序能作为一个整体在一个DSP核中运行；物理层L1、数据链路层L2和网络层L3协议栈程序以及驱动程序作为一个整体在DSP的集成开发环境中编译，生成可执行的二进制代码；DSP处理器加电后，根据启动模式，可执行的二进制代码通过主机接口下载至DSP处理器中，或从flash存储器中启动运行；程序执行硬件自检、初始化设置的工作，检查SIM卡是否存在，并读取SIM卡数据；协议栈程序进行无线通信网络选择、小区同步、驻扎与登记；登记成功后，完成通信协议规定的如语音、补充业务、短消息和数据传输等业务；DSP断电，协议栈程序完成必要的去除登记工作。
用单个数字信号处理器核实现无线通信标准规定的完整无线通信终端功能的实现装置构成如下：它包括DSP处理器，用以运行一个或多个无线通信标准规定的完整无线通信终端协议栈以及相关的软件，包括音频/视频的编解码软件；它还包括将通信协议与DSP处理器以及与其他外围进行桥接，并实现对外围/接口的控制功能；具体包括DSP处理器，用以完成整个无线系统协议栈的协议工作，同时通过桥接器完成对各模块的控制，以及与外部主机进行通信；桥接器，完成与SIM卡的异步串口收发数据，在处理器控制下完成无线通信系统相关的突发定时控制；模拟基带芯片，用以完成收发信模块和DSP处理器之间收发数据的模/数及数/模转换；收发信模块，用以接收和发送无线信号；SIM卡，与桥接器接口，用以向处理器提供用户的相关信息并完成网络认证、加密功能；晶体振荡器，用以给WoP提供本地的频率和定时参考；电源管理模块，用以完成整个装置的电源供给和管理；存储器，用以提供DSP处理器运行时的数据及代码空间；外部主机，用以运行各种无线应用程序；其中，桥接器分别接DSP处理器、模拟基带芯片、收发信模块、SIM卡、外部主机，收发信模块与天线相接，DSP处理器与存储器相接。
桥接器，用以在DSP处理器与其外围，例如模拟基带芯片、收发信模块、SIM卡、I/O端口之间进行逻辑和时序适配连接；还用以扩展DSP处理器的外围能力，例如输入/输出(I/O)端口功能；此外还集成某些专用逻辑功能，例如基于定时功能的软件控制信号时钟、接收/发送状态机、主机接口逻辑；
模拟基带芯片，用以建立耳机/麦克风与DSP之间的传输通道，并实现模拟信号的处理以及模拟信号与数字信号之间的转换。对于不同的无线通信系统，模拟基带中还包括相应的无线信道的调制解调器；
收发信模块，用以接收网络和向网络发送射频信号，通常包括频率源、接收机、发射机、双工器和相应的控制功能；在WoP集成多个无线通信标准模式工作情况下，包括相应的无线通信系统要求地收发信射频功能；
SIM卡，用以存放与用户识别、业务注册有关的数据；
晶体振荡器，用以给WoP提供本地的频率和定时参考；
电源管理模块，用以控制各部分的供电，包括与通信协议栈有关的省电功能；
存储器，用以存放软件程序的代码和数据；
WoP软件，包括单模式工作的一个无线通信标准规定的完整无线通信终端协议栈软件，或者多模式工作的多个通信标准规定的完整无线通信终端协议栈软件；包括音频/视频的编解码、物理层L1、数据链路层L2和网络层L3的完整无线通信协议栈功能；包括外围电路以及通用输入输出端口的驱动软件，还包括桥接无线通信协议栈到DSP核、外围电路以及通用输入输出端口的功能；并为上层应用提供接口；
工作原理及过程：
接收过程：在DSP处理器的控制下，通过桥接器设置收发信模块和模拟基带芯片参数，同时产生突发定时控制信号控制收发信模块和模拟基带芯片，收发信模块在此控制下，通过天线从指定的无线信道上接收射频信号，将该信号经正交下变频转换为模拟基带信号送至模拟基带芯片，模拟基带芯片将接收信号进行模/数转换后送至DSP处理器，DSP根据协议规范完成数据恢复，将接收数据通过桥接器传输给外部主机。
发送过程：外部主机将待发送数据通过桥接器传送给DSP，DSP根据协议规范完成数据格式化，再送至模拟基带芯片，同时由DSP处理器通过桥接器设置收发信模块和模拟基带芯片参数，同时产生突发定时控制信号控制收发信模块和模拟基带芯片，在此控制下，模拟基带将接收信号进行数/模转换后送至收发信模块，由收发信模块完成信号的上变频及功率放大，再通过天线发送。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、对于同一典型应用，本发明可节省一个或二个处理器核，不仅节省了
   成本，也降低了功耗；
2、由于不仅从逻辑上，而且从物理上隔离了应用功能与无线功能，有效
   避免了从应用方面带来的不可控制的因素，使无线系统达到最佳性能
   和稳定；
3、将物理层L1、数据链路层L2和网络层L3无线软件无缝集成到单个处
   理器，其结果为得到最好的软件集成、提高了效率和资源的利用；
4、由于采用基于定时功能的软件控制信号时钟，满足了不同无线系统
   (2G、2.5G和3G及其它无线通信标准)的通用性、严密性和灵活性的
   系统要求；
5、在同一平台上实现多模式工作的多个通信标准规定的完整无线通信终
   端协议栈软件，包括音频/视频处理；
6、第三方可方便地开发主处理器的应用，而不会影响无线和其它功能，
   缩短第三方的产品开发时间；
7、很容易加进需要繁多处理的新的应用功能。
本发明的WoP的实现方法与现有的双核实现方法的不同之处：
1、集成开发环境-WoP方法只需要单独的DSP集成开发环境，双核方法需要DSP与CPU两套集成开发环境；
2、生成的可执行二进制代码-WoP方法只生成单个的可执行的二进制代码，双核方法生成两个可执行的二进制代码；
3、WoP程序的组织结构-WoP方法中，物理层L1、数据链路层L2、网络层L3协议栈程序作为一个整体，通信协议栈的实时性可得到很好的保证，双核方法中，由于物理层L1程序在DSP中实现，而数据链路层L2及网络层L3程序在CPU中实现，为实现物理层L1与数据链路层L2及网络层L3程序的交互，软件上须定义一系列中继接口，硬件上需要片内双口RAM等资源，增加了复杂性。
4、协议栈启动运行方法-WoP方法中，DSP加电后，根据启动模式，可执行的二进制代码通过主机接口下载至DSP中，或从DSP的flash存储器中启动运行，双核方法中，由于两个独立的可执行二进制代码，需要分别下载至DSP与CPU中运行，增加了控制的复杂性。
                              附图说明
图1是本发明的方法实现过程示意图框图。
图2是本发明的方法WOP的装置构成框图。
图3是本发明的方法中单处器实现方法示意图。
图4是无线通信装置一般的双处器实现方法示意图。
图5是本发明的实施例GSM/GPRS PC卡软件与硬件结构框图。也是本发明的方法WoP的结构示意图
图6是本发明的实施例GSM数传模块软件与硬件结构框图。也是本发明的方法WoP的结构示意图
以上的图中有：DSP处理器201、桥接器202、模拟基带芯片203、收发信模块204、SIM卡205、晶体振荡器206、电源管理模块207、存储器208、外部主机209、CPLD或者FPGA(用可编程器件实现的桥接器)302、具有GSM/GPRS功能的WoP软件308、具有GPRS功能的WoP软件309、物理层L1、数据链路层L2、网络层L3、读写存储器RAM、只读存储器ROM。
LAPDm-链路接入协议
RLC-无线链路控制
MAC-媒体接入控制
RR-无线资源管理
GRR-GPRS无线资源管理
MM-移动性管理
LLC-逻辑链路控制
GMM-GPRS移动性管理
CC-呼叫控制
SS-补充业务
SMS-短消息服务
SM-会话管理
SNDCP-子网会聚协议
HMI-人机接口
                        具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
本发明在单个处理器核上实现完整无线通信的方法为：对于单模式工作或者多模式工作的无线通信终端，可以在一个DSP核上分别集成一个或多个无线通信标准规定的完整无线通信终端协议栈软件，包括物理层L1、数据链路层L2和网络层L3的完整无线通信协议栈功能；在同一个DSP核上还集成外围电路以及通用输入输出端口的驱动软件，包括桥接无线通信协议栈到DSP核、外围电路以及通用输入输出端口的功能；物理层L1、数据链路层L2和网络层L3协议栈程序以及驱动程序能作为一个整体在一个DSP核中运行；物理层L1、数据链路层L2和网络层L3协议栈程序以及驱动程序作为一个整体在DSP的集成开发环境中编译，生成可执行的二进制代码；DSP处理器加电后，根据启动模式，可执行的二进制代码通过主机接口下载至DSP处理器中，或从外围电路的flash存储器中启动运行；程序执行硬件自检、初始化设置的工作，检查SIM卡是否存在，并读取SIM卡数据；协议栈程序进行无线通信网络选择、小区同步、驻扎与登记；登记成功后，完成通信协议规定的如语音、补充业务、短消息和数据传输等业务；DSP断电，协议栈程序完成必要的去除登记工作。
图5是本发明的实施例GSM/GPRS PC卡软件与硬件结构框图。图6是本发明的实施例GPRS数传模块软件与硬件结构框图。
结合图1，在DSP C5502上实现的完整的GSM/GPRS PC卡，或者GPRS数传模块。可以实现GSM语音、短消息、补充业务功能，以及GPRS数据传输功能。
图2是本发明的方法WOP的装置构成框图。实现装置具体包括DSP处理器201，用以运行一个或多个无线通信标准规定的完整无线通信终端协议栈以及相关的软件，同时通过桥接器完成对各模块的控制，以及与外部主机进行通信；桥接器202，完成与SIM卡的异步串口收发数据，在处理器控制下完成无线通信系统相关的突发定时控制；模拟基带芯片203，用以完成收发信模块和DSP处理器之间收发数据的模/数及数/模转换；收发信模块204，用以接收和发送无线信号；SIM卡205，与桥接器接口，用以向处理器提供用户的相关信息并完成网络认证、加密功能；晶体振荡器206，用以给WoP提供本地的频率和定时参考；电源管理模块207，用以完成整个装置的电源供给和管理；存储器208，用以提供DSP处理器运行时的数据及代码空间；外部主机209，用以运行各种无线应用程序；其中，桥接器202分别接DSP处理器201、模拟基带芯片203、收发信模块204、SIM卡205、外部主机209，收发信模块204与天线相接，DSP处理器201与存储器208相接。
收发信模块包括Si4203射频芯片，通过主从串行接口(SPI)与CPLD或者FPGA相连，工作参数由接口控制，负责完成信号的正交上/下变频，接收时由天线接收的信号经天线开关、带通滤波器BPF至Si4203射频芯片，变换为正交两路模拟信号RxI、RxQ送至模拟基带芯片，发送由模拟基带送达的正交两路模拟信号TxI、TxQ经Si4203射频芯片正交调制上变频为指定频率的射频信号，由功率放大器PA放大，经天线开关送至进行天线发射，其中功率放大的增益受模拟基带供出的Ramp信号控制，以满足GSM系统对发射功率的规范要求。同时，模拟基带送出AFC信号调整本地晶振TCVCXO，以保证与基站系统的频率和时间同步。
模拟基带采用的是“AD6521”芯片，在DSP处理器的控制下，CPLD或者FPGA通过同步串行口(SSP)设置AD6521芯片工作参数，其中包括AFC、Ramp的数字值，AD6521芯片将AFC的数字值数/模转换后送至收发信模块，同时CPLD产生突发定时控制信号控制AD6521芯片进行相应的接收和发送。在接收时，AD6521芯片在相应的接收定时控制信号作用下，将从收发信模块接收的信号RxI、RxQ进行模/数并通过同步串行口送至DSP，在发送时，AD6521芯片在相应的发送定时控制信号作用下，将通过同步串行口从DSP接收数据，进行相应的GMSK调制后得到两路模拟信号TxI、TxQ送至收发信模块，AD6521芯片在发送的同时将Ramp的数字值进行数/模转换后送至收发信模块控制功率。
CPLD或者FPGA实现的桥接器提供了DSP与各部分的接口功能，其功能包括：
(1)提供SIM的异步读写接口逻辑；
(2)将收发信模块的总线接口、模拟基带的总线接口桥接到DSP的总线接口上；
(3)在DSP控制下，产生突发接收和突发发送的定时控制信号，控制收发信模块和模拟基带芯片，将DSP的总线接口桥接到适合外部主机的PCMCIA接口或者RS232接口，向DSP提供的定时器功能；
(4)扩展DSP的外部接口能力。
DSP处理器是本系统WOP的关键核心部件，本系统中采用C5502 DSP，它负责控制、监测所有各模块的工作状态，完成无线通信的协议栈功能，实现本发明的WoP功能。协议栈程序承载于实时多任务操作系统BIOS之上，通过驱动与模拟基带、收发信模块、SIM卡及主机交互。
实现了GSM/GPRS协议栈，软件协议栈由以下模块构成：物理层L1、数据链路LAPDm层、无线资源管理RR层、移动管理MM层、呼叫控制CC层、补充业务SS层、短消息SMS层、MAC/RLC(媒质接入控制/无线连接控制)层、GPRS无线资源管理GRR层、GPRS移动管理GMM层、会话管理SM层、逻辑链路LLC层、子网会聚SNDCP层和人机界面HMI层。各层协议协同工作，完成WoP提出的要求，即单片DSP上实现完整的通信协议栈。
物理层L1完成的功能：(1)进行控制信道(如BCCH)的捕获、同步以及时分双工的基本处理，进行信道定时控制的估计，载波频率偏移的估计和AFC控制；(2)进行接收解调、均衡、突发脉冲格式分解、去交织、译码、循环冗余校验，从而恢复数据；(3)进行发送的循环冗余校验编码、信道编码、交织、突发脉冲格式形成以及发送功率控制；(4)全速率(FR)或增强型全速率(EFR)话音编解码。
LAPDm层完成的功能：(1)提供一个或多个数据链路连接；(2)允许识别帧型；(3)允许第三层消息单元透明传输；(4)差错检测；(5)通知第三层不可恢复的差错。
RR层完成的功能：(1)建立、维持和释放网络与MS间点对点RR连接，包括小区选择、小区重选和切换；(2)在无RR连接时，维持BCCH、CCCH的单项接受，包括自动小区选择与重选。
MM层完成的功能：(1)MM层支持用户终端的移动性管理，例如：进行PLMN选择的管理，用户终端在网络上进行位置区注册，提供用户身份的机密性保护；(2)为不同的上层CM层(CC，SMS，SS)提供连接管理服务。
CC层完成的功能：(1)CC层支持网络发起的电话业务，支持用户发起的电话业务，支持紧急呼叫，支持呼叫重建立，支持多路电话；(2)CC层支持与CC层相关的SS业务，例如：呼叫等待，呼叫保持，多方会议等。
SS层完成的功能：完成呼叫无关的补充业务，如呼叫转移、呼叫限制等。
SMS层完成的功能：(1)完成点对点的SMS的接受和发送；(2)完成广播短消息SMSCB的接受。
MAC/RLC层完成的功能：(1)为多个MS提供多路复用技术，并提供竞争的解决方法；(2)将LLC-PDUs拆(或装)成RLC块，并提供后向差错纠正(BEC)机制。
GRR层完成的功能：(1)完成系统消息的解析、空闲及传输模式下的小区选择及重选；(2)发送功率测量报告。
GMM层完成的功能：完成位置及路由区管理，包括ATTACH、DETACH、小区更新、路由区更新及鉴权等过程。
SM层完成的功能：完成无线接口的会话管理过程，主要包括PDP环境的激活、解除与修改。
LLC层完成的功能：(1)保证在无线移动终端与网络SGSN之间提供高可靠性的连接；(2)独立于底层协议、支持不同长度的信息结构、支持端-端数据传输、支持确认以及不确认数据的传输、支持错误识别与恢复。
SNDCP层完成的功能：(1)SNDCP能够为任何一个网络层协议提供服务，即多个不同的PDP可以在同一条LLC链路中传输数据和协议控制信。(2)通过压缩技术，提供了改善信道效率的功能。
HMI层完成的功能：完成GPRS协议与主机的数据交互。
图5和图6示出的是本发明的方法WoP的结构示意图，该方法是在单片的DSP处理器上实现的完整的GSM/GPRS PC卡或者GPRS数传模块。即对于图6所示单模式工作或者图5所示多模式工作的无线通信终端，可以在一个DSP核上分别集成一个(例如GPRS)，或多个(例如GSM和GPRS)无线通信标准规定的完整无线通信终端协议栈软件；包括物理层L1、数据链路层L2和网络层L3的完整无线通信协议栈功能；在同一个DSP核上还集成外围电路以及通用输入输出端口的驱动软件，包括桥接无线通信协议栈到DSP核、外围电路以及通用输入输出端口的功能；可以实现单一的GPRS数据传输功能，也可以实现GSM语音、短消息、补充业务，以及GPRS数据传输功能。具体实现方法为：
收发信模块包括主射频芯片，通过总线接口与桥接器相连，工作参数由接口控制，负责完成信号的正交上/下变频，接收时由天线接收的信号经天线开关、带通滤波器至主射频芯片，变换为模拟信号送至模拟基带芯片，发送由模拟基带送达的模拟信号经主射频芯片正交调制上变频为指定频率的射频信号，由功率放大器放大，经天线开关送至天线进行发射，其中功率放大的增益受模拟基带供出的功率控制信号控制，以满足系统对发射功率的规范要求。同时，模拟基带送出自动频率校正信号调整本地晶振，以保证与基站系统的频率和时间同步。
在DSP处理器的控制下，桥接器经总线接口设置模拟基带工作参数，产生定时控制信号控制模拟基带进行相应的接收和发送。在接收时，模拟基带在相应的接收定时控制信号作用下，将从收发信模块接收的模拟信号进行模/数并通过总线接口送至DSP，在发送时，模拟基带在相应的发送定时控制信号作用下，通过总线接口从DSP接收数据，将进行相应转换后得到的信号送至收发信模块。
桥接器提供了DSP与各部分的接口功能，其功能包括：
(1)提供SIM的异步读写接口逻辑；
(2)将收发信模块的总线接口、模拟基带的总线接口桥接到DSP的总线接口上；
(3)产生突发接收和突发发送的定时控制信号，控制收发信模块和模拟基带芯片；
(4)将DSP的总线接口桥接到外部主机或数据终端的接口上；
(5)向DSP提供的定时器功能；
(6)扩展DSP的外部接口能力。
DSP处理器是本系统WoP的关键核心部件，它负责控制、监测所有各模块的工作状态，完成无线通信的协议栈功能。获得一个DSP处理器用于承载一个或多个完整的标准无线通信协议，结合本发明提出的装置将无线通信协议栈功能通过软件和硬件与外围/输入输出电路实现桥接，于是可以完成本发明提出的WoP功能。协议栈程序承载于实时多任务操作系统之上，通过驱动与模拟基带、收发信模块、SIM卡及主机交互。