GNU Radio 模块扩展说明

1引言

GNU Radio是一个通过最小程度地结合硬件，用软件来定义无线电波发射和接收的方式，搭建无线电通信系统的开源软件系统。其应用程序用Python语言来编写，真实的信息处理过程是由C++浮点扩展库来实现。因此开发者可以获得实时高效的可复用的应用开发环境。GNU Radio不仅可以用于仿真，也可以在不用真实硬件，而使用预先记录或生成的数据来开发信号处理算法。

GNU Radio提供了所有通用软件无线电需要的库，包括各种调制方式（GMSK、 PSK、 QAM等）、信号处理模块（FFT、滤波器等）等。开发者通过调用需要的模块，建立相应的流向图，就能够搭建一个无线电系统。其灵活性和高效性使得复杂的数据生成过程变得简单，并被广泛地应用射频通信方面。

2 GNU Radio模块扩展分析

通常在项目的设计过程中，我们有时需要将几个现有模块级联生成一个新的模块，有时也需要生成一个全新的数字信号处理模块。前者比较简单，可以通过Python强大的粘合功能实现。对于后者，很多资料上介绍需要自己编写C++语言的源码程序，最后翻译成可以调用的Python模块，但是这样做非常繁琐，而且耗时。那如何才能快速便捷的扩展新模块呢？

我们知道Python的编程效率很高，如果仅用Python就能够扩展新模块，那问题就变得简单多了。GNU Radio3.6.3以上的版本都提供了相应的模块扩展库，存放在GNU Radio的安装目录下面。例如打开D:\gnuradio\lib\site-packages\gnuradio\gr文件夹下的gateway.py文件就能够查看相应的库函数，里面包含了四种不同类型的Python模块：Synchronous block、Decimation block、Interpolation block和Basic block。

创建新模块时，首先依据需求，在程序入口处导入相应类型的Python模块；然后根据模块类型，选择信号处理函数（general_work ()或work()）；最后在函数内部编写想要实现的功能。我们不禁会问：“四种不同类型的Python模块应如何选择？ general_work ()和work()这两个函数分别在哪种模块类型下使用？”下面将对上述问题进行详细阐述。

2.1 Python模块分析

Synchronous block（同步模块），应用于输入端口数据数量与输出端口数据数量相等的情况，例如单端口常数乘法器；Decimation block（抽取模块），应用于输入端口数据数量是输出端口数据数量固定倍数的情况，例如抽取滤波器；Interpolation block（插值模块），应用于输出端口数据数量是输入端口数据数量固定倍数的情况，例如插值滤波器；Basic block（基本模块），其输入端口数据数量与输出端口数据数量的比值是M:N，配置合理的比值，就可以转换为前三个模块中的一种，但是在gateway.py文件中默认设置Basic block的比值为1:1。

2.2 模块函数分析

需要注意的是信号处理函数的选择与模块的选定与是一一对应的，选择Basic block时调用general_work ()函数，而选择另外三个模块时调用work()函数。

2.3 模块扩展程序分析

了解清楚了模块类型和信号处理函数的使用情况后，就可以使用Python语言来编写新模块了。文件夹中附带了module_test.py文件，内含四种不同类型的Python模块的简单测试，仅供参考。下面以Basic block创建加法器的实例进行说明。扩展程序如下：

import numpy

from gnuradio import gr, blocks

from gnuradio.gr import gateway

class Add(gateway.basic_block):

    def __init__(self):

        super(Add, self).__init__(name="Add",

                      in_sig=[numpy.float32, numpy.float32],

                            out_sig=[numpy.float32])

    def general_work(self, input_items, output_items):

        in0 = input_items[0][:len(output_items[0])]

        in1 = input_items[1][:len(output_items[0])]

        out = output_items[0]

        out[:] = in0 + in1

        return len(out)

def test_add():

    tb = gr.top_block()

    src0 = blocks.vector_source_f((1.25, 3.56, 5.75, 7, 9, 10), True, 1, [])
    src1 = blocks.vector_source_f((2.75, 2.44, 2.25, 3.5, 1.5), True, 1, [])
    head = blocks.head(gr.sizeof_float, 10)
    sink = blocks.vector_sink_f(1)

    adder = Add()

    tb.connect((src0, 0), (adder, 0))
    tb.connect((src1, 0), (adder, 1))
    tb.connect(adder, head, sink)

    tb.run()

    result_data = sink.data()
    return result_data

创建模块，需要考虑输入端口的数量，输出端口的数量，以及每个端口数据类型的大小这三个因素。这里定义加法器模块有两个输入端和一个输出端，数据类型是numpy.float32。

函数general_work()内部用来实现加法器的功能。为了保证输入端口数据数量与输出端口数据数量的比值是1:1，利用切片符（[:]）截取与输出端口相同数量的输入数据进行算术处理。