[原创] HackRF 代码讲解
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 楼主 | 发布于 2017-12-31 | 只看楼主
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本文包括HackRF的驱动、固件、CPLD代码讲解 (也包括gr-osmosdr中的相关部分)。 


HackRF是比较早期的一款SDR设备,凭借其相对低廉的价格加上半双工收发能力,在国内的SDR市场中占比很高。这款设备的优点是软硬件全部开源,加上芯片也比较常见,因此出现了不少国产版本,降低了使用门槛。虽然,目前出现了各种各样性能更高的SDR设备,如LimeSDR、BladeRF、FreeSRP等,但是这些设备的结构和工作原理都与HackRF类似,板子上一般都带有射频芯片(HackRF分为变频芯片和AD/DA芯片,其它设备合并在一个芯片中)、FPGA(HackRF里用的是CPLD)、ARM核心的单片机。


虽然,HackRF经过多次修改,配套代码越来越完善,但是根据本人的习惯,还是喜欢从较早期的版本开始,虽然可能有bug,但是冗余功能比较少,可以更好地抓住重点。目前打算从hackrf-2013.06.1这个版本开始看,这个版本应该是对应于jawbreaker(HackRF的早期测试版),但是代码结构基本跟最新的一样,以后可能会再看对应于HackRF One的早期代码。所有这些版本的代码都能在原作Michael Ossmann的github repository里找到。只有gr-osmosdr是单独的,但是也能从github上找到。


这些程序名字各种各样,有的叫接口,有的叫驱动、固件。但是其实说到底都是c/c++的代码,只要大概看得懂c/c++语法就能看懂,只有CPLD的代码是VHDL语言,但是HackRF的CPLD的功能比较简单,因此vhd代码量也很少,早期版本才160多行,其中大多数也只是一些格式上必须有的东西。


在看这篇文章前,建议先看一下hackrf的硬件原理( http://www.hackrf.net/硬件/)


先说一下比较重要的几个文件,顺序基本上是自顶向下的调用关系。


gr-osmosdr是使gnuradio支持hackrf的接口包。gr-osmosdr/sink_impl.cc和gr-osmosdr/source_impl.cc,这两个文件用来匹配特定的设备,比如此文关注的hackrf。另外还有gr-osmosdr/lib/hackrf/hackrf_sink_c.cc和gr-osmosdr/lib/hackrf/hackrf_source_c.cc,这两个文件调用了hackrf驱动中的函数,使得这个gnuradio中的输入输出能够与hackrf设备联系起来。


然后是hackrf/host/hackrf-tools/src里的几个程序,hackrf_transfer.c和hackrf_info.c。他们的层级应该和前面说的gr-osmosdr里的程序相同,都是在调用hackrf驱动里的函数。hackrf_transfer.c主要是在命令行中实现收发,hackrf_info.c用于显示板子的信息。


接下来要说的是hackrf/host/libhackrf/src/hackrf.c,这个程序就是前面说的hackrf驱动了,它经过编译后会变成libhackrf.so文件供前面其它程序调用,这个程序中主要是通过调用libusb的函数来与hackrf板子上的固件实现交互的。


再往下就是hackrf这个块板子上跑的程序了,比较重要的是hackrf/firmware/hackrf_usb/hackrf_usb.c。这个程序在板子上的单片机里运行。电脑通过libusb发出一些设置上的指令,然后这个hackrf_usb.c就会接收这些指令,并调用其它几个芯片对应的驱动代码(注意这里说的驱动是芯片的驱动,下面会讲)对芯片进行设置。另外这个程序也实现了与主机间的USB数据的传输。


同样运行在板子的单片机里的,还有hackrf/firmware/common/里的几个对应于芯片名字的.c文件,这些文件被前面说的hackrf_usb.c调用,用来对板子上的射频芯片、AD/DA芯片等芯片的工作模式及参数进行控制。一般来说都是通过读写芯片的寄存器来控制的,根据芯片datasheet里的要求来完成,这些代码也可以写在hackrf_usb.c里,只不过为了结构清晰才分开写。


最后讲一下CPLD里上的代码。说是代码,但是它与c/c++不一样,它更接近于对一个结构的描述,早期只是硬件工程师用来描述数字电路用来交流的格式化的语言,根据语言的定义来安排数字电路的连接,只是后期可以自动综合出实际的电路直接写入芯片来运行。主要功能在hackrf/firmware/cpld/sgpio_if/top.vhd里。其实也没多少复杂的功能,这个CPLD只做了数据中转,某些状态下可能要取个反之类的。根据用户要求的接收还是发射状态来控制CPLD中流过的数据,有时从电脑传给AD/DA芯片,有时从AD/DA芯片传给电脑。另外也可以看一下hackrf/firmware/cpld/sgpio_if/top_tb.vhd,这个程序是一个测试用的程序,用于自动化测试前面说的那个vhd文件,给予一定输入后看看输出是否符合预期的想法。HackRF上的CPLD功能比较简单,其实根据Michael Ossmann本人的说法这个芯片是可以去除的,现在留着只是因为这样布线比较简单,但是在其它SDR中,对应的FPGA芯片实现的功能可能就会高级不少,LimeSDR的爱好者还有用那块FPGA实现RISC-V芯片的。


本文讲的各种代码还比较粗略,实际上这些文件编译或者综合后生成的文件是不一样的,写入板子也需要其它的程序(这些程序也是开源的,也在HackRF的这个repository里,它们还需要电脑上跑的程序和单片机里跑的程序两部分来配合,一般名字里带cpldjtag和spiflash)。另外,几个程序互相的调用也值得深入研究一下,尤其是libusb和单片机程序的通信。


这些内容以后都会讲到,敬请期待!


(版权说明:本帖及回复内容的版权分别属于各自的发帖者所有,转载请注明出处,谢谢。)
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回复于 2017-12-31 沙发

学习了;
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回复于 2018-03-01 2#

我在用国产的S9C SDR接收机,效果还好
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回复于 2018-04-13 3#

想入一个HackRF学习无线电, 各位前辈有什么建议吗?
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回复于 2018-04-18 4#

耐不住还是入了HackRF, 望各位前辈多多指教啊.
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回复于 2018-04-18 5#

学习了
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回复于 2018-05-23 6#

这东西能做什么用?
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回复于 2018-05-26 7#

多谢分享!!!
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