虚拟机和随机调度技术简化无线设计
虚拟机和随机调度技术简化无线设计
一种新的无线设计方法使设计师们能将多种基于分组的标准融合到资源受限的手机硬件中。
系统设计人员有时将用户设备手机的传统栈开发方法称为“基于竖井”的开发方法,因为这种开发方法在软件和硬件之间是极端纵向集成的,而且缺乏与其它栈的横向集成（图 1）。在实现多种基于分组的标准时,这种竖井方法就不适用了,因为它假设协议栈开发人员“拥有”基本的硬件资源,因而能够做出有关资源的假定,例如临时的和永久的缓存器分配。这些可用性假设在多模式环境中是毫无意义的,因为在基本时序上相互可能“冲突”的栈都会竞相获得各种资源,例如存储器。
竖井方法假设你可以在设计时配置最坏情况下的系统装入,从而使你可以在系统设计期间,而不是在运行时分配资源。但是,这种方法基本上不适用于多通道的基于分组的系统,因为其峰值资源装入与平均资源装入相差很大。另外,竖井方法还假设一个设计小组对系统进行编码,并在开发期间,标准不会发生重大变化。对于现代通信系统来说,两种假设都可能是错误的。
基于竖井方式的开发常常会使各种功能实现方法的资源使用率、调用格式以及行为等假设泄漏到设计的其它部分中,导致许多不良的设计习惯打着效率的旗号而付诸实现。例如,由于知道各种功能要花多少时间（以周期计）来执行,又知道每种功能函数需要多大的临时存储器,系统设计人员就会常常编写出静态的临时存储器调度程序,从而使得时间上不重叠的多个例行程序使用一个公共缓存器,由此避免代价可能很高的对 malloc()和 free()的不确定调用。但是,这样的设计往往是脆弱的。如果你要重新实现任何引擎,造成资源分布特性、时序两者之一或同时变更;如果基本硬件也要改变;更糟的是,如果某个栈与另一个栈一起共享基本资源（多模式问题）,则从零开始的重新设计就不可避免了。
图 1 传统竖井方式开发采用纵向实现方法,缺乏与其它栈的横向集成。
替代方法
与任何极为复杂的设计问题一样,这一问题的最佳解决方法是将问题划分为可以自主处理的不太复杂的块。这种替代方法的基本概念模型在本文中称为虚拟机方法,它假设一个通信栈的第一层被分解为执行件、虚拟机（运行期内核）和引擎（图 2）。
图 2 一种替代的开发方法将第一层软件体系结构建立在虚拟机的基础上。
对运行中的第一层软件的分析表明：该软件把 80～90% 的执行时间用于与无线设备相关的计算密集的信号处理变换。这些资源消耗大的功能包括傅里叶变换、矢量乘法、FIR滤波器和采样抽取器。实际上,这些变换在不同的无线设备中表现出高度的共通性。这些资源消耗大、基本与应用系统无关的元件,要么用专用硬件来实现,要么用平台高度优化的软件来实现。推荐的体系结构用一种特殊的方式处理资源消耗大的功能,即生成“引擎”。具体地说,这种体系结构要参照与其行为上等效的产品,对一些引擎进行性能试验,剖析其性能,实现独特形式的资源仿真。
