In Industrie-, Hochschul- und anderen Laboren haben sich Entwickler SDR, Software-Defined-Radio, zugewandt, um neue Ideen mit realen Signalen und Anforderungen zu evaluieren. Der Prozess der Prototypen- erstellung ist dabei alles andere als effizient. Leider stellen vorhandene Software-Tools allzu oft eine Hürde beim Vorantreiben technischer Innovationen dar, denn sie bieten nur einen zusammenhanglosen, indirekten Entwicklungsprozess.
Diskontinuität muss durchgängigem Entwicklungsprozess weichen
Zum grossen Teil rührt die Herausforderung von der Diskontinuität zwischen Werkzeugen, die sich für die Entwicklung von Algorithmen hervorragend eignen, und solchen, die für die Programmierung der Hardware-Komponenten eines SDR notwendig sind. Und genau diese Diskontinuität wird durch die LabVIEW- Communications-System-Design-Suite von NI aufgehoben, da sie einen durchgängigen Entwicklungsprozess – angefangen beim Algorithmus bis hin zur Hardware – bietet.
Heutzutage entscheiden sich Entwickler für SDRs, da ihre Flexibilität Vorteile für das Rapid-Prototyping verspricht. Diese Flexibilität entstammt hauptsächlich Berechnungselementen, die das Verhalten des generischen RF-Frontends mit hoher Bandbreite auf modernen SDRs vorgibt: Multicore-Prozessoren und grosse, anwenderprogrammierbare FPGAs. Doch die Werkzeuge, die heutzutage für die Programmierung des Prozessors und FPGAs auf SDRs eingesetzt werden, sind für echtes Rapid-Prototyping leider nicht geeignet.
Entwicklerteams sind oft zu gross
Es erfordert unterschiedliche Spezialisierungen und Werkzeuge, um von einem Algorithmus zur Implementierung auf einem Prozessor und einem FPGA überzugehen. Entwicklerteams, die auf dem neuesten Stand verschiedener Technologievektoren sind, bestehen zwangsweise aus zu vielen Teammitgliedern und sind mit zeit- sowie kostenintensiven Entwicklungszyklen beschäftigt. Daraus resultiert kein reibungsloser, iterativer Prozess zur Prototypenerstellung, der zu Innovationen führt, vielmehr drosselt der Prozess die Effizienz und wirkt Innovationen entgegen.
LabVIEW Communications bietet einen ganz speziellen Entwicklungsprozess für die Prototypenerstellung von Kommunikationssystemen. Es handelt sich um eine einzige durchgängige Entwicklungsumgebung, die sich sowohl an den Prozessor als auch den FPGA richtet. Eine solche hardwarebasierte Entwicklungsumgebung umfasst den SystemDesigner, der es Entwicklern erlaubt, Systemeinstellungen zu überprüfen, auf Systemdokumentation zuzugreifen, die Systemarchitektur zu beschreiben, Systemkomponenten zu konfigurieren und Algorithmen auf Hardware aufzuteilen sowie auf ihr einzusetzen. Diese ganz besondere Hardware-Software-Integration bietet auch Zugang zu I/O und Ressourcen, was Middleware und Treiberentwicklung überflüssig macht.
Compiler-Technologie bietet beachtliche Flexibilität
Zusätzlich bietet die anspruchsvolle Compiler-Technologie in LabVIEW Communications beachtliche Flexibilität und erleichtert die Algorithmenbeschreibung, um vorzugeben, wie diese Algorithmen auf der SDR-Hardware abgebildet werden. Als Beispiel für die Entwicklung von Signalverarbeitungsalgorithmen ist das neue Multirate-Diagramm (MRD) anzuführen, das in LabVIEW Communications enthalten ist. Es gestattet Entwicklern das Verbinden von Prozessen, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten ausgeführt werden, ohne dass sie Programmcode für den gepufferten und durch Handshakes gesicherten Datenaustausch selbst implementieren müssen.
Sobald Entwickler eine Signalkette in einem Multirate-Diagramm entwickeln, können sie ein integriertes, interaktives, datenbasiertes Werkzeug zur Umwandlung des Designs von Gleitkomma- zu Festkommazahlen nutzen und dann feststellen, wie das Design bei verschiedenen Anforderungen reagiert. Allein durch die Definition von Taktrate und Durchsatz für den Algorithmus kann der zugrunde liegende Compiler die Implementierung analysieren und Ingenieuren Einschätzungen zu Timing und Ressourcen liefern, die sich auf die einzusetzende SDR-Hardware beziehen.
Der Entwickler muss das Design nicht mehr manuell zerlegen
Entwickler müssen also nicht länger mit der zugrunde liegenden Hardware-Architektur kämpfen, die sie einsetzen möchten. Es ist nicht mehr nötig, ein Design manuell zu zerlegen, um die Vorteile verschiedener Implementierungen zu verstehen. Der Compiler in LabVIEW Communications übernimmt die häufig komplexe Aufgabe, den Einfluss von aufgelösten Schleifen, verteiltem Speicherplatz, modifizierten Memory-Access-Schemes und die Auswahl unterschiedlicher FPGA-Ressourcen/Komponenten zu untersuchen.
Der Entwickler kann mit einer Implementierung weiterarbeiten, die den Entwicklungsanforderungen, ausgehend vom Feedback des Compilers, am besten entspricht. Zusätzlich kann man einen hohen Grad der Wiederverwendung erzielen, da die Kernalgorithmen in High-Level-Sprachen definiert sind und die Implementierung von den Entwicklungs-anforderungen stammt, die dem Algorithmus aufgezwungen wurden.
Anwendungs-Frameworks bieten Quellcode für LTE und 802.11 PHY
Darüber hinaus können Ingenieuren mit LabVIEW Communications auf neue Anwendungs-Frameworks zugreifen, um ihre Entwicklungszyklen weiter zu beschleunigen. Diese Frameworks bieten dokumentierten, modifizierbaren, standardbasierten Quellcode für LTE und 802.11 PHY. Entwickler können sich auf die spezifischen Komponenten konzentrieren, die sie im Vergleich zu existierenden LTE- und 802.11-Designs optimieren möchten, statt Zeit mit dem Erstellen der nötigen Infrastruktur zu vergeuden, die man zur exakten Prüfung neuer Algorithmen braucht.
Fazit
Systementwickler benötigen heute einen Entwicklungsprozess, der das wahre Potenzial von SDRs für das Rapid-Prototyping realisiert. LabVIEW Communications bietet einen nahtlosen Pfad von der Algorithmen- zur Prototypenerstellung und hilft den Entwicklern so dabei, Innovationen zügiger voranzutreiben. Ingenieure erhalten Zugang zu intuitiven High-Level-Sprachen, die ihnen eine effiziente Algorithmenentwicklung und Systemabstraktion erlaubt. Die präzise Integration von realen Signalen gelingt wegen der hardwarenahen Software in Kombination mit SDR-Hardware. LabVIEW Communications hilft Entwicklern dabei, sich von der Konkurrenz bei der Definition von Standards, die als Grundlage für 5G und andere künftige Kommunikationssysteme dienen, abzuheben. Mit LabVIEW Communications gelingt es Entwicklern, die Lösungen, die das Zeitalter des Internets der Dinge einläuten, deutlich schneller umzusetzen.
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