sora高性能开源软件无线电平台

《sora高性能开源软件无线电平台》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、Sora:高性能开源软件无线电平台SORA软件无线电平台是世界上第一款100%基于PC的高性能可编程无线通信系统。它充分发挥了通用处理器（GPP）性能和灵活性，采用软硬件联合优化技术，满足高速信号处理的挑战。可以在通用的PC或者服务器上实时运行无线通信协议，速率可达54Mbps以上。在传统的无线通讯系统，关键底层处理，如PHY层和介MAC层，通常ASIC芯片或者FPGA实现，因为有非常高的计算要求。这种设计更改或升级比较困难，对设计人员硬件水平要求很高，不适合作为科学研究或者算法工程师的研究平台。但是

2、通用处理器（GPP）的软件和硬件系统都不是为了无线通信的信号处理而设计的，因此很难达到高性能的实时通信。例如，非常流行的USRP系列，只能实现8MHz带宽上，100多Kbps的实时通信。高性能的无线通信对系统有非常严格的需求，主要是以下三个方面：1.高速的系统吞吐量包括远端射频头和PHY层协议之间以及PHY层协议内部的模块之间。例如，实现802.11系列协议，单天线需要大约1.2Gbps的吞吐量，如果支持4x4MIMO应用，那么至少5Gbps以上，这个指标目前对大部分PC都是严峻的挑战。2.高强度的计

3、算无线通信的算法需要大量的计算，而且为了保证实时性，很多计算又是突发性的，因此必须充分发挥GPP的性能才能保证。目前主流的GPP都采用多核架构，所以如何将多核的计算能力汇聚起来，实现通信协议对软件开发也是一个挑战。3.实时的响应无线通信协议中有很多响应门限，为了保证正常通信，这些响应门限必须满足。因此，低延迟的控制方法也很重要。例如，802.11系列的MAC层协议要在几个微秒内就可以得到响应。这对于PC和操作系统都是很难实现的。Sora的解决之道：SORA通过以下四种途径解决了GPP开发无线通信算法问

4、题，分别是：1.采用高速的PCIExpress总线接口标准。PCIe总线不仅吞吐量大，而且响应时间也优于USB、GbE等接口，非常适合软件无线电的应用。2.充分优化的PHY层协议实现方法3.多核CPU之间的数量流水式操作。在不同内核之间通过FIFO同步，充分发挥各个内核的作用。4.内核限定技术。通过设置，可以实现某个内核停止相应外部中断，专心计算，提高系统计算能力。下图是Sora的系统结构：Sora的硬件架构RCB（RadioControlBoard）：射频控制板，系统的核心部件RCB是Sora系统的

5、核心板卡，采用了PCIExpress8x架构，最高吞吐率达到16Gbps。RCB上有8个通用的射频接口，可以支持最高8x8MIMO。SoraRCB2：更高性能的用户可编程FPGA与第一代SoraRCB相比，升级后的二代Sora主控板-SoraRCB2采用了Xilinx最新的Kintex7系列FPGA，提供了更快的主机接口、射频接口、DDR3内存和FPGA容量。默认的FPGA固件是与SoraSDK配合的。Kintex-7FPGA提供了额外的空间个客户用于定制算法的开发，采用开源设计，客户可以直接修改代码

6、。以下是SoraRCB两代主控板卡的对比：参数SoraRCB1SoraRCB2FPGAVirtex5XC5VLX50TKintex7XC7K325TLogicCells53k328kMemory2,268Kb16,020KbMultipliers126840ClockRate100MHz250MHzDataInterfacePCIE1.0/8xPCIE2.0/8xAD/DAInterfaceFSLx8FMCHPCTX/RXChannelSISOMIMO2x2Sora2：射频前端和RCB2构成完整的So

7、ra2板卡Sora的软件架构主要技术：1.采用查找表技术充分利用CPU的L2Cache，大部分的PHY层算法可以通过查找表来加速1.5~22倍。2.SIMD指令集优化。充分利用CPU并行加速指令，特别适合FFT和IFFT这一类运算。3.利用多核流水线技术通过同步FIFO，将PHY层实现的子流水线模块分配到不同的内核执行，充分利用多核CPU的计算能力。4.独占内核技术为了确保CPU可以实时响应，Sora采用了独占线程技术，可以让某个或者某几个内核专用于SDR的任务，不被其他系统调用影响。实现这种技术不需

8、要修改操作系统的内核。Sora的性能测试以WiFi802.11a/b/g的实现为案例，测试Sora的性能。算法优化前后对比：Sora与商业网卡吞吐量对比SoraSDK开发包Sora学术套件提供了SDK开发包，提供了开源实现的802.11a/b/g的PHY和MAC实现。自从2010年发布以来，多次更新，目前的版本为SDK2.0。SDK不仅提供了PHY和MAC的实现代码，还提供了调试用的一些工具，如示波器Sora的客户群从2010年5月正式发布至今，已有超过