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(yīng)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(dǎo)致了開發(fā)過程復(fù)雜,、開發(fā)周期長、分工合作銜接困難等問題[3],。在龐大復(fù)雜的平臺系統(tǒng)中,，一點改動就可能牽一發(fā)而動全身，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(hù),。

　　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(yīng)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(yīng)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)?、描述要素宏定義文件實時更新、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(yīng)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(yīng)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(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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(kuò)展升級時的一致性,，是實現(xiàn)平臺高可靠性和可擴(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應(yīng)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(yīng)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(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(yīng)性更強(qiáng),，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(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)用運行時,，雙引擎解析自動識別應(yīng)用描述腳本，執(zhí)行應(yīng)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(jìn)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?fù)淙鐖D4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(jìn)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(yù)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(yīng)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(yīng)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(qiáng)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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