基于OFDM技术的高速有线传输系统软硬件设计

张 荣，魏敬和，邹家轩，杨 兵

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

1 引言

高速数据传输是目前较热门的研究课题，正交频分复用（OFDM）技术是一种无线环境下的高速数据传输技术，它采用相互正交的多载波传递信息，具有很强的抗干扰、抗衰落能力及较高的频谱利用率，被认为是未来无线宽带接入系统的基本实现技术之一。本文将OFDM技术应用于有线环境，设计了一种高速有线传输系统，实现了数据在双绞线上的高速稳定传输。

2 系统硬件设计

系统硬件如图1所示，整个系统分为发送端和接收端，由PC、DSP、调制/解调模块组成。DSP采用TI公司生产的TMS320c6455，它集成了高速外部存储器接口（EMIF）和以太网控制器接口（EMAC），主频可达到1.2GHz，具有2MB的L2 catch，可以对数据进行高速处理和传输，满足设计要求。DSP和PC之间通过百兆以太网相连，DSP和调制/解调模块之间通过EMIF接口连接，DSP通过EMIF接口访问调制/解调模块的内部寄存器和数据FIFO。百兆以太网和EMIF接口均为高速接口，满足数据传输的要求。调制/解调模块实现了OFDM技术，可以使数据在信道上高速传输。信道采用航空双绞线。

图1 系统硬件实现

3 系统软件整体设计

本系统由发送端和接收端组成，如图1所示，在软件设计中采用发送端和接收端软件一体化设计，从而使发送端和接收端软件一致。软件构成如图2所示，软件系统由PC端软件和DSP端软件两部分组成。PC和DSP构成C-S结构，DSP是服务器，PC是客户端。PC和DSP之间采用TCP/IP协议进行通信，确保数据能够正确传输。当软件系统运行后，PC（客户端）向DSP（服务器）提出连接请求，建立客户端与服务器端的连接，然后PC和DSP就可以进行数据交换。

图2 系统软件架构

系统工作流程如图3所示，流程由带数字的箭头示明。首先由接收端PC1向接收端DSP1发起连接请求，当接收端连接建立后，发送端PC2向发送端DSP2请求连接，双方连接建立后，数据传输开始，数据由PC2到DSP2，经过调制解调模块和信道到达接收方。

图3 软件总体流程

4 PC端软件设计

PC端软件负责发送和接收数据，其框架如图4所示，采用分层设计，最顶层是主界面，由主界面可以按照需要进入发送界面或者接收界面，发送界面和接收界面负责和用户进行交互，发送界面可以选择用户需要发送的文件数据，用户可在接收界面指定接收到的数据存储的路径，在数据传输开始后，发送界面和接收界面均可指示已传输数据量和传输速率。用户与发送界面、接收界面交互完成后，分别启动发送线程和接收线程开始传输数据。PC软件的最底层为Socket层，具体负责数据包的发送和接收。

图5 PC端软件流程图

PC端软件采用接收端和发送端一体化设计，遵循同一流程，其流程如图5所示，系统运行后，首先进行人机交互，配置相应参数，然后对网络进行配置，建立SOCKET环境，然后向服务器发起连接请求，当连接建立后，即可开始数据处理与传输。

5 DSP端软件设计

5.1 DSP端软件框架

DSP端软件框架如图6所示，整个DSP端软件系统由应用层、DSP/BIOS操作系统、网络开发包（NDK）、底层驱动组成，图中箭头方向体现了各个部分之间的依赖关系。整个系统建立在DSP/BIOS操作系统的基础上，DSP/BIOS操作系统是一款多任务实时操作系统，拥有可抢占式内核和任务同步与调度机制。本系统中，DSP/BIOS操作系统负责加载底层驱动，对应用层任务进行调度。

图6 DSP端软件框架

5.2 底层驱动设计与NDK的移植

本系统驱动包括GPIO、PLL、EMIF、EMAC，如图7所示，其驱动均在TI提供的CSL库基础上进行设计，采用统一的接口和数据结构，具有很高的模块化程度和良好的复用性。

图7 底层驱动框架

NDK是TI提供的网络开发包，本系统使用的NDK版本为NDK2.0，采用NIMU架构，主要包含以太网驱动和协议栈两部分，具有良好的层次性和移植性，对于不同的硬件系统只需要移植以太网驱动部分即可。本系统使用TMS320c6455集成的EMAC接口和lxt971a网卡芯片，根据NDK的接口要求进行了移植。

5.3 应用层软件设计

应用层程序构建在DSP/BIOS操作系统中，如图8所示，以任务形式组建。主要包含以下几个任务：主任务，自检任务，用户任务，中断。

（1）主任务：主任务用来建立网络运行环境，配置网络参数（IP地址、网关、子网掩码等），配置网络服务（ping服务），配置网络缓存，启动网络，程序结束时关闭网络环境。

图8 应用层软件框架

（2）自检任务：网络自检，检查网络系统是否正常运行，当系统添加或移除IP地址时运行。

（3）用户任务：用户任务负责DSP与PC以及DSP与调制解调模块的数据交互，并对数据进行处理，构建PC与调制解调模块之间的数据通道。

（4）中断：负责数据同步以及对紧急事件的处理。

6 结束语

本文设计的基于OFDM技术的高速有线传输系统，使用航空双绞线作为信道时传输速度达到30Mbps，而且传输稳定、可靠，具有良好的应用前景。

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