[转载]三款SDR平台对比：HackRF，bladeRF和USRP

[1] – Separate daughterboards are required to receive/transmit. The WBX transceiver is included in this kit

[2] – Half this if 16 bit samples are used

[3] – 56 MHz for single half duplex channel, 30.72 MHz per channel full duplex

[4] – There is a CPLD on the board, but no FPGA

[5] – Ettus confirmed that the HDL + Code + Schematics will be released for the B210/B200

[6] - Estimated retail price, cheaper though Kickstarter

 

如何使用这些基带信号呢？要么传到计算机上处理，要么在板卡上处理。bladeRF和USRP B210/200都有比较强大的FPGA，还有FX3微控制器。B210使用Spartan 6 LX150 FPGA，它有150k逻辑单元；B200使用LX75 FPGA，有75k的逻辑单元。bladeRF使用Cyclone 4 FPGA，x40有40k逻辑单元，x115有115k逻辑单元。USRP B100用的是比较小的FPGA，有25k逻辑单元。而HackRF使用的是CPLD，信号处理主要依赖于板上的微控制器。
有一个差别需要注意的是，Ettus使用的是Xilinx的芯片，而nuand使用的是Altera的芯片，因此稍有不同。相比Altera，Xilinx的FPGA中有更多的DSP模块，包括预加法器，乘法器和累加器；而Altera FPGA在DSP模块部分只有乘法器。这意味着，加法需要用逻辑阵列来实现，所以同样的功能，Altera FPGA需要更多的逻辑单元。而且，Altera的RAM比Xilinx少。不过对于bladeRF，芯片上的RAM可能也够用了。还有一点需要注意的是，B210的LX150不支持免费的Xilinx ISE，而LX75和Altera的FPGA是可以使用免费的开发软件的。
最后强调一下FPGA的价格。x40 Cyclone IV价格大约100美元，x115 Cyclone IV大约315美元。这都是Digi-Key上的报价，可能不是厂家的成本价。不过这个芯片选型，至少说明了nuand不是一块高质高端的硬件。

微控制器
除了较老的USRP B100，其他几款板卡都有非常强大的微控制器。B100用的是FX2来提供USB2.0连接，只有16KB的RAM。bladeRF和B210/200都用的是FX3，提供USB3.0连接。HackRF用的是一个双核LPC43XX芯片，处理USB2.0接口，以及控制射频芯片。
HackRF的微控制器运行在204MHz的主频，NXP制造，有一个ARM M4内核和一个M0协处理器。含有64KB的ROM和264KB的SRAM。这颗芯片负责很多工作：发送和接收USB链路上的数据，控制板卡上所有的射频芯片。还有计划要往里面添加抽值和插值模块。之所以选择微控制器而不是FPGA来处理，是因为希望用户能够使用C语言来更快的修改代码，而不是使用HDL语言。如果连上一个 PortaPack，HackRF的这个微控制器能够不连接计算机，就直接变身为一个频谱分析仪。
开发者社区
软件无线电是个很大的概念，已经存在了十多年。一个硬件平台的使用者论坛或者社区是非常重要的。这些人可以相互提供技术支持，分享新创意。他们推动着创新的车轮持续前进。因此，对于一个生产SDR平台的公司，开发者社区是非常重要的，而且应给予大力支持。最简单的一个方法就是，开放源码，开放硬件。下面说说这三家公司都是怎么做的。

源代码
对SDR硬件而言，软件是非常重要的。幸运的是，这三款硬件都支持GNU Radio，它包含大量的免费且开源的代码。它还有非常好的图形界面，适合快速开发和测试。HackRF和bladeRF在GNU Radio中的驱动，放在 gr-osmosdr项目中，与RTL-SDR dongle的驱动包一样。bladeRF的驱动是前几个星期添加进去的（Alin：作者的写作时间是2013年8月），因此如果你要用的话，请及时更新代码。HackRF的驱动已经发布有一段时间了。而对于USRP，gr-uhd原本就是GNU Radio的一部分，需要安装 UHD驱动库，UHD驱动可以从Ettus官网得到。
这三款硬件板卡，所有的代码，HDL文件和电路原理图都可以免费获得，除了USRP B210/B200的还没有发布。HackRF更为开放，它甚至公布了所有的KiCad制板文件，包括原始格式的电路原理图（不是PDF）和PCB布线图。USRP B100和bladeRF的电路原理图是PDF格式的。我希望B210/200也能尽快开放原理图。HackRF的开放程度，使得其他人可以继续改进HackRF的设计，而且也是开发者社区的读者们非常好的学习材料。我想其他人可以很容易重用其中的一些设计。
USRP有一个独特的好处是，它的应用类代码非常丰富。因为USRP已经有很长的历史了，从2006年以来，已经有很多人使用过USRP。有很多的学术论文使用了USRP和GNU Radio进行实验。也涌现出很多新颖的应用和代码。UHD，是所有USRP板卡通用的接口，经过这么多年的优化改进，已经非常稳定成熟。一个GNU Radio应用，只要硬件满足要求，就很容易在各种USRP板卡上使用。也就是说，USRP对GNU Radio的支持是最好的。Ettus还发布了一个免费的 Linux镜像，它包含了GNU Radio以及其他一些工具软件，可以以最快的速度搭建出一个GNU Radio的开发环境。虽然这个镜像目前只有UHD，但是把gr-osmosdr添加进去也应该很容易。
HackRF比USRP的历史要短得多，才刚开始开发一套代码（Alin：开发环境驱动什么的），不过进展很快。它应该能与GNU Radio兼容，正在测试当中。HackRF的优势在于，它有很多黑客型粉丝。已经有至少500块免费的HackRF交付使用，到本文写作的时间为止，又有1100块HackRF已经在Kickstarter上被预定了。这些用户可以为软件开发做出很大的贡献。相比USRP在学术界影响力，HackRF在黑客界有更大的影响力。当然，这两个人群有一部分重合的地方。但我认为黑客们更有能力写出更多更优秀的代码。
nuand团队是最近才发布的bladeRF的GNU Radio驱动。我估计大约有400个用户从Kickstarter上得到了bladeRF板卡。另外，还有相当一部分用户直接从nuand的网站订购了bladeRF。所有这些用户都能够为bladeRF的代码开发做出贡献。因为bladeRF跟USRP B210一样，使用了FX3，大容量的FPGA和单芯片的射频收发芯片，我估计两款硬件的驱动代码中，有相当一部分可以共享。虽然Xilinx和Altera之间的差别，给代码重用带来了一点麻烦，但是我想只要黑客们做出足够的努力，bladeRF就可以与UHD接口兼容，于是可以兼容USRP已有的大量的应用程序。

硬件
在硬件的开放性方面，HackRF是做得最好的。而USRP呢，B210/B200使用的AD9361芯片可能是一个开放性的障碍。因为Analog Devices网站上只提供了1页的datasheet。因此除了Ettus公司以外，其他人很难获得更详细的信息，除非你也跟AD公司签过NDA。不过Ettus公司的人承诺说，他们会开放相关的驱动的源代码。除了AD9361芯片以外，B210/B200上的其他芯片都有比较详细的资料。关于bladeRF，LMS6002D芯片有长达15页的datasheet，而且还有45页的编程和校准指南，这些对于其他开发者来说都是现成的。

最后的点评
HackRF，是一款覆盖频率最宽，而且价格最低廉的SDR板卡。它几乎所有的信息都是开源的，甚至包括KiCad文件。缺点是它没有FPGA，使用的低速的USB2接口,ADC/DAC的精度比较低。总的来说，HackRF非常适合那些对开放性要求很高的黑客，和那些那些对价格敏感的用户。
bladeRF，它的亮点在于大容量的FPGA和高速的USB3接口。它能够支持比较宽的频段，但是不如另外两者。它的ADC/DAC精度也还不错。我建议那些想脱机运行程序，并且射频频点不需要太高的人们，考虑选择这款硬件，
USRP B100，这是一款比较老的板卡了，不能支持高带宽的应用。它通过替换子板来改变射频频段，最高可以支持到6GHz。它支持UHD接口。B100的价格跟B200是一样的，但能力却比B200差很多。所以我建议，只有当你有一些很特殊的应用，或者你要使用自己开发的子板时，才考虑B100。


Alin评论：
有两款硬件都是USB3.0接口的，说明USB3.0将成为SDR平台的主流接口。这与我们两年前的看法也是一致的。USB3的优点是USB接口数量多，而且很普及，速度也够快。但缺点是传输距离可能不够远，所以我个人认为10G或者更高速率的以太网接口也将是另一种主流的接口。
另外我发现这三款硬件的电路板都印成了黑底白字，比原来绿色的酷多了。看来硬件工程师们也开始注意“柜子背面的板子也要漂亮”了。