原创 深入探讨软件定义架构及其意义

在上期文章中，我们了解了现代GNSS模拟中的软件定义架构，并与传统架构进行了对比，本期文章中我们将继续深入探讨软件定义架构及其意义。

所谓软件定义架构，其实是用软件去定义系统的功能，用软件给硬件赋能，最大程度提升系统运行效率和能量效率。软件定义的本质就是在硬件资源数字化、标准化的基础上，通过软件编程去实现灵活多样的虚拟化和定制化功能，对外提供专用智能化、定制化的服务，实现应用软件与硬件的深度融合。当前技术已经具备了实现软件定义架构的两个条件：

• 首先，硬件越来越成熟，功耗、散热、加工工艺、成本等方面都变得更加的完善，可以更加顺利的完成软件发出的指令。
• 其次，软件发展速度快，通信网络也已经完全打破了时空的限制，随着技术越来越成熟，软件不但可以控制本地硬件实现各种功能，还可以通过通信网络控制远处的信息系统协同实现各种功能，软件+网络的形式为硬件赋能提供更多可能。

软件定义的核心是API（Application Programming Interface），并由此引申出软件定义的两大技术发展方向。一种是平台化，也就是说在API之下，“如无必要、勿增实体”，这一方向创造的是一种开放系统架构，软硬件解耦。没有开放的系统架构，就无法提供足够的可扩展性；不解除软硬件之间的耦合关系，软件定义就无法可持续发展。以GNSS模拟为例，如图所示，在GNSS模拟器中，可以根据不同的信号模拟需求配置不同的硬件和软件功能。

对于硬件部分，如果需要一个射频端口，就配置一个SDR，如果需要多个射频端口，就可以配置多个SDR。如果模拟的星座和频道过多，一个GPU运转不过来，那么则可以再增加一个GPU。总的来说，硬件是为软件服务的，可根据功能进行配置，完全不同于传统的固定硬件，极大的节省了经济和时间成本。比如多车模拟中，如果需要模拟多个信号并同时模拟多种高级场景，则需要强大的GPU的支持。传统的GNSS模拟器的GPU通道数不够时，就没有办法生成模拟，但软件定义的GNSS模拟器，由于能够实现软硬件解耦，它的SDR和GPU都可以进行集成，如下图，这很好的体现了软硬件解耦的优势。

与传统的基于FPGA的模拟器相比，Skydel高级解决方案更加灵活、可扩展、可升级，具备了GPU/SDR架构的经济性和灵活性，具有易于使用的API，包含数百个命令，能够使用Python、C#和C++的开源客户端库构建复杂和可重复的场景。可以模拟所有星座、所有频率的所有可见卫星，具有1000Hz的迭代率和超高的动态，随时随地创建并更新场景。其高级干扰和欺骗功能允许用户同时模拟多种威胁，自动确定每个信号之间的信号动态。

• 在一个用户界面中实现所有功能
• 通过直观的UI和自动化轻松配置
• 支持所有主要的全球星座和频率
• 多种API（Python、C#、C++、LabVIEW）
• 高级信号定制和场景创建
• 实时修改变量和参数
• 无需额外硬件即可集成干扰
• IQ文件生成和回放

另一个技术方向是智能化，也就是说，在API之上，一切皆可编程。智能化的核心要素是算法，随着算法的进步，智能化的水平将越来越高。同样以GNSS模拟器为例，它的软件部分能够实现基础功能，而某些复杂的功能可以通过增加插件来完成，如果有些功能插件无法满足，也可以自行通过提供的API进行编程，实现用户所需功能。软件定义模拟器的插件功能如下：

提供不同功能的插件（闭源）：

• SKY-HIL – 硬件在环模型
• SKY-EXLI – 扩展限制
• SKY-IQFILE – 允许保存IQ文件
• SKY-MULTI – 创建多个实例
• SKY-ADVJAM – 高级干扰模拟
• SKY-ADVSP – 高级欺骗模拟
• SKY-CSI – 用户自定义信号
• SKY-PLG-SDK – 允许用户开发插件

用户通过二次开发开发自己的插件（开源）:

• API接口用于各种编程语言，如Python\C#\C++\LabVIEW

软件定义的发展势头迅猛，并且快速向各个行业延伸。目前已有软件定义无线电、软件定义网络、软件定义存储、软件定义汽车、软件定义飞行器、软件定义卫星等。可以说，当下的时代是软件定义时代，软件定义将成为科技发展的重要推手。