[发明专利]基于FPGA上微处理器的可重构无线MAC层结构

说明书

本发明公布了一种基于微处理器的可重构无线介质访问控制层结构，包括：微处理器系统A、主机通信接口引擎B、流式处理引擎C、物理层接口引擎D；主机通信接口引擎B通过与总线相连，与主机进行通信；微处理器系统A连接主机通信接口引擎B和流式处理引擎C，对整个系统进行核心控制；物理层接口引擎D上接流式处理引擎C，下接物理层；从主机通信接口引擎B到物理层接口引擎D，构成一套从主机的高级协议层到物理层之间的、实现了介质访问控制逻辑的双向数据通路。本发明提供的可重构无线介质访问控制层能够解决SDR系统MAC层性能和可编程性不可兼得的问题，具有易用性、高可编程性及高性能的特点。

技术领域

本发明属于无线网络通信领域，涉及介质访问控制(MAC)层及软件定义无线电(SDR)，尤其涉及一种应用于SDR系统中，基于FPGA(现场可编程门阵列)上微处理器的高可重构性MAC层的结构。

背景技术

软件定义无线电(SDR)是指使用与软件相关的方式实现通常用硬件实现的无线通信组件的技术，其协议不是传统的硬件定义，而是由实现者使用软件定义的，拥有高度的灵活性和开放性。它通常用于新协议的快速开发和验证，已经在民用和军事通信领域得到了广泛的应用。SDR系统中可重构的协议主要有两层——介质访问控制层(MAC)以及物理层(PHY)。软件定义无线电的MAC层实现主要分为两大类——基于主机软件和基于硬件。基于主机上软件的实现的特点是使用高级编程语言编写，易于理解与开发，但是不能达到真实通信协议的时序与性能要求，如文献(Gutierrez-Agullo,Juan R.,Baldomero Coll-Perales,and Javier Gozalvez.An IEEE 802.11MAC Software Defined Radioimplementation for experimental wireless communications and networkingresearch.Wireless Days(WD),2010IFIP.IEEE,2010)所记载的方法。基于FPGA等硬件的实现满足了性能和时序的要求，如文献(Tao Wang,Guangyu Sun,Jiahua Chen,Jian Gong,Haoyang Wu,Xiaoguang Li,Songwu Lu,and Jason Cong,GRT:a Reconfigurable SDRPlatform with High Performance and Usability,ACM SIGARCH ComputerArchitecture News(CAN),September 2014)所提出的方法，但这种方法是使用硬件描述语言实现的，难以理解和修改。目前尚未出现同时达到易用和高性能的软件定义无线电实现。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种在FPGA上基于微处理器的可重构MAC层，将可重构无线MAC中的高层次逻辑用软件实现在微处理器上，将和时序和吞吐量紧密相关的部分实现在FPGA(现场可编程门阵列)上，用以解决一般SDR系统MAC层性能和可编程性不可兼得的问题，具有易用性、高可编程性以及高性能的特点。

本发明提供的技术方案如下：

基于FPGA上微处理器的可重构无线MAC层结构，将可重构无线MAC中的高层次逻辑用软件实现在微处理器上，将与时序和吞吐量紧密相关的部分实现在FPGA(现场可编程门阵列)上，包括：微处理器系统A、主机通信接口引擎B、流式处理引擎C、PHY层接口引擎D；主机通信接口引擎通过与总线相连，与主机进行通信；微处理器系统连接主机通信接口引擎和流式处理引擎，并对整个系统进行核心的控制；PHY层接口引擎上接流式处理引擎，下接SDR的PHY层；从主机通信接口引擎到PHY层接口引擎，构成一套从主机的高级协议层到物理层之间的双向的数据通路，并在其中实现了介质访问控制逻辑；

A所述微处理器系统包括微处理器A1、总线A2、存储器A3以及在微处理器上运行的代码A4，其中：

A1微处理器用于对整个系统进行控制；