在android系统编译开源BTS,如何搭配USRP在安卓设备上搭建GNU Radio

在这篇文章中,我们会使用安卓设备通过USB连接USRP。所以就需要USRP B2xx(B200, B210, 或者是 B200mini),这些都是经过全面测试的。除了这些,我们还需要一个OTG(USB On-the-Go)线缆,它可以插入安卓设备的USB端口。准备好这些,就可以按照下图所示接线方法连接。

在android系统编译开源BTS,如何搭配USRP在安卓设备上搭建GNU Radio_第1张图片

点击这里查看已经被测试证明可以正常工作的设备列表。

具有网络连接的USRP似乎更容易在使用安卓设备的情况下正常工作。B2xx系列的USRP最大的问题在于每次开机时都必须对其固件和FPGA图像进行编程,而N200/N210这样的的USRP是预编程的,所以不需要面临某些USB设备的权限问题,联网的USRP所需的权限只有“android.permission.INTERNET”,该权限用于访问ControlPort。

RTL-SDR也可以用于安卓设备上的GNU Radio,与USRP B2xx差不多,这些设备也需要USB权限的替代办法,不过不需要编程。我们可以将RTL-SDR库和gr-osmosdr对其的支持构建到Android依赖包的GR中。此外,增加对其他基于USB的设备(如BladeRF,HackRF,Airspy等)的支持也将是比较直接的。

点击这里查看Github上完整的GrTemplateUSRP示例。

开始

我们现在要构建一个新的应用程序,首先,按照GRAndWalkthroughCP概述中的步骤创建一个新的应用程序项目,不过这次暂且命名为GrTemplateUSRP,这为我们设置了一个支持ControlPort且有一个基本流图的项目。在进行下一步之前,确保应用程序的构建和运行就像GrTemplateCP一样。

其次,克隆并构建GrHardwareService应用程序,并将此应用安装到你的安卓设备上,如果你第一次启动时没有连接USRP,应用可能会崩溃。加载完成后,它会为B2xx设备安装USRP固件和FPGA图像,并开始侦听USB连接。如果插入了供应商和生产ID与任何已知的USRP匹配的设备,则开始对设备进行编程。它会要求你授权两次以使用该设备,一次对固件进行编程,另一次是对FPGA图像进行编程。一旦完成,硬件即准备就绪。

如果你在第一次插入USRP时导致了程序崩溃,则可能是权限问题。在Marshmallow(安卓6.0)上,需要进入设置中的应用程序部分,找到GrHardwareService,然后启用存储权限。这是安卓6.0中的新“功能”。

添加对USB设备的支持

我们必须与安卓设备交互才可以在Java应用程序中获取信息并将其传递给C++流图,值得一提的是,安卓并不会将USB权限交给本地应用程序,所以我们需要在Java中获取文件描述符(fd)和USB文件系统路径(usrpfs_path),并将其通过GNU Radio传递给libUHD,最终通过libUSB访问。

接下来,我们需要添加一些支持以获得USB许可,并找到我们需要连接到USRP的fd和usbfs_path信息。

首先,将这些变量添加到MainActivity类中:public static Intent intent = null;

private String usbfs_path = null;

private int fd = -1;

private static final String ACTION_USB_PERMISSION = "com.android.example.USB_PERMISSION";

private static final String DEFAULT_USBFS_PATH = "/dev/bus/usb";

private UsbManager mUsbManager;

private UsbDevice mUsbDevice;

在我们收发无线电之前,我们需要确保已经拥有USB权限。因此,和我们之前一直在OnCreate中做事情不同,我们会将其分成不同部分,首先在OnCreate中,我们需要获取USB设备,设置无线电接收器,然后询问用户是否允许使用该设备。当用户同意时,无线电接收器启动。 即完成对USB设备的访问,现在我们可以对USB设备进行操作,以便我们从中获取需要的信息。这就是OnCreate函数:@Override

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.activity_main);

// Create the seekBar to move update the amplitude

SeekBar ampSeekBar = (SeekBar) findViewById(R.id.seekBar);

ampSeekBar.setMax(100);      // max value -> 1.0

ampSeekBar.setProgress(50);  // match 0.5 starting value

ampSeekBar.setOnSeekBarChangeListener(new SeekBar.OnSeekBarChangeListener() {

@Override

public void onProgressChanged(SeekBar seekBar, int progress, boolean fromUser) {

Double amp = progress / 100.0; // rescale by 100

RPCConnection.KnobInfo _k =

new RPCConnection.KnobInfo(mult_knob_name, amp,

BaseTypes.DOUBLE);

HashMap _map = new HashMap<>();

_map.put(mult_knob_name, _k);

postSetKnobMessage(_map);

}

@Override

public void onStartTrackingTouch(SeekBar seekBar) {

}

@Override

public void onStopTrackingTouch(SeekBar seekBar) {

}

});

// Start setting up for USB permission request

intent = getIntent();

mUsbManager = (UsbManager) getSystemService(Context.USB_SERVICE);

IntentFilter filter = new IntentFilter(ACTION_USB_PERMISSION);

registerReceiver(mUsbReceiver, filter);

mUsbDevice = intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);

if (mUsbDevice == null) {

Log.d("GrTemplateUSRP", "Didn't get a device; finding it now.");

final HashSet allowed_devices = getAllowedDevices(this);

final HashMap usb_device_list = mUsbManager.getDeviceList();

for (UsbDevice candidate : usb_device_list.values()) {

String candstr = "v" + candidate.getVendorId() + "p" + candidate.getProductId();

if (allowed_devices.contains(candstr)) {

// Need to handle case where we have more than one device connected

mUsbDevice = candidate;

}

}

}

Log.d("GrTemplateUSRP", "Selected Device: " + mUsbDevice);

PendingIntent permissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(this, 0,

new Intent(ACTION_USB_PERMISSION), 0);

// Launch dialog to ask for permission.

// If use hits OK, the broadcast receiver will be launched.

mUsbManager.requestPermission(mUsbDevice, permissionIntent);

}

需要注意的是,我们仍要在此处创建Seek Bar作为GUI设置。

我们还调用了一个名为getAllowedDevices的新函数。 该函数能够解析目标通信设备的XML文件。因此,如果存在于此文件中列出的设备(基于供应商和产品ID),无线电接收器才会被触发。

现在需要创建device_filter.xml文件。 在res目录中,添加一个名为xml的新目录。在xml目录中,创建一个名为device_filter.xml的新文件。 这个文件如下所示:

将来可能需要在此添加更多设备以用于其他硬件支持。

getAllowedDevices函数如下所示:private static HashSet getAllowedDevices(final Context ctx) {

final HashSet ans = new HashSet();

try {

final XmlResourceParser xml = ctx.getResources().getXml(R.xml.device_filter);

xml.next();

int eventType;

while ((eventType = xml.getEventType()) != XmlPullParser.END_DOCUMENT) {

switch (eventType) {

case XmlPullParser.START_TAG:

if (xml.getName().equals("usb-device")) {

final AttributeSet as = Xml.asAttributeSet(xml);

final Integer vendorId = Integer.valueOf(as.getAttributeValue(null, "vendor-id"), 10);

final Integer productId = Integer.valueOf(as.getAttributeValue(null, "product-id"), 10);

ans.add("v" + vendorId + "p" + productId);

}

break;

}

xml.next();

}

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

return ans;

}

我们所注册的无线电接收器mUsbReceiver(点此查看更多信息),如下所示:private final BroadcastReceiver mUsbReceiver = new BroadcastReceiver() {

public void onReceive(Context context, Intent intent) {

String action = intent.getAction();

if (ACTION_USB_PERMISSION.equals(action)) {

synchronized (this) {

UsbDevice device = (UsbDevice)intent.getParcelableExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE);

if (intent.getBooleanExtra(UsbManager.EXTRA_PERMISSION_GRANTED, false)) {

if(device != null){

mUsbDevice = device;

SetupUSB();

}

}

else {

Log.d("GrTemplateUSRP", "Permission denied for device " + device);

}

}

}

}

};

如果设备注册并且无错误产生,即将其分配给我们的类对象mUsbDevice,并通过调用SetupUSB开始启动应用程序的下一个阶段。private void SetupUSB() {

final UsbDeviceConnection connection = mUsbManager.openDevice(mUsbDevice);

if (connection != null) {

fd = connection.getFileDescriptor();

} else {

Log.d("GrTemplateUSRP", "Didn't get a USB Device Connection");

finish();

}

if (mUsbDevice != null) {

usbfs_path = properDeviceName(mUsbDevice.getDeviceName());

} else {

Log.d("GrTemplateUSRP", "Didn't get a USB Device");

finish();

}

int vid = mUsbDevice.getVendorId();

int pid = mUsbDevice.getProductId();

Log.d("GrTemplateUSRP", "Found fd: " + fd + "  usbfs_path: " + usbfs_path);

Log.d("GrTemplateUSRP", "Found vid: " + vid + "  pid: " + pid);

StartRadio();

}

该函数从USB设备获取信息,将其记录到logcat,然后调用StartRadio。我们使用称为properDeviceName的解析函数从设备本身提取USB设备路径:public final static String properDeviceName(String deviceName) {

if (deviceName == null) return DEFAULT_USBFS_PATH;

deviceName = deviceName.trim();

if (deviceName.isEmpty()) return DEFAULT_USBFS_PATH;

final String[] paths = deviceName.split("/");

final StringBuilder sb = new StringBuilder();

for (int i = 0; i < paths.length - 2; i++)

if (i == 0)

sb.append(paths[i]);

else

sb.append("/").append(paths[i]);

final String stripped_name = sb.toString().trim();

if (stripped_name.isEmpty())

return DEFAULT_USBFS_PATH;

else

return stripped_name;

}

路径似乎每次都是"/dev/bus/usb",但这个步骤是必要的,为的是防止某些特殊情况。

最后,我们调用StartRadio,这实际上是我们之前完成的其他的OnCreate工作,但现在我们正在等待USB设备被正确分配。

当我们在装有USRP的设备上构建并运行这个程序时,会弹出一个对话框,询问我们是否要授予USB设备权限。单击确定,但不要单击复选框。因为我们不希望这个应用程序默认与USRP关联,我们希望这是由GrHardwareService应用程序完成的。点击确定后,我们应该看到logcat中的日志消息,它提供了fd,usbfs_path以及发现设备的vid和pid。这确保我们正确地与Java中的USRP交互。然后,我们会将这些信息传递给流图,以创建UHD USRP block。你应该在logcat中看到类似这样的内容:04-22 11:30:01.624 14537 14537 D GrTemplateUSRP: Didn't get a device; finding it now.

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: Selected Device: UsbDevice[mName=/dev/bus/usb/002/003,mVendorId=9472,mProductId=34,mClass=255,mSubclass=0,mProtocol=0,mManufacturerName=Ettus Research LLC,mProductName=USRP B200,mVersion=2.16,mSerialNumber=30BFC51,mConfigurations=[

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbConfiguration[mId=1,mName=null,mAttributes=128,mMaxPower=1,mInterfaces=[

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbInterface[mId=0,mAlternateSetting=0,mName=USRP B200,mClass=255,mSubclass=0,mProtocol=0,mEndpoints=[]

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbInterface[mId=1,mAlternateSetting=0,mName=USRP B200,mClass=255,mSubclass=0,mProtocol=0,mEndpoints=[

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbEndpoint[mAddress=2,mAttributes=2,mMaxPacketSize=512,mInterval=0]]

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbInterface[mId=2,mAlternateSetting=0,mName=USRP B200,mClass=255,mSubclass=0,mProtocol=0,mEndpoints=[

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbEndpoint[mAddress=134,mAttributes=2,mMaxPacketSize=512,mInterval=0]]

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbInterface[mId=3,mAlternateSetting=0,mName=USRP B200,mClass=255,mSubclass=0,mProtocol=0,mEndpoints=[

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbEndpoint[mAddress=4,mAttributes=2,mMaxPacketSize=512,mInterval=0]]

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbInterface[mId=4,mAlternateSetting=0,mName=USRP B200,mClass=255,mSubclass=0,mProtocol=0,mEndpoints=[

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: UsbEndpoint[mAddress=136,mAttributes=2,mMaxPacketSize=512,mInterval=0]]]]

04-22 11:30:01.626 14537 14537 D GrTemplateUSRP: Called Request Permission

04-22 11:30:01.627 14537 14537 D GrTemplateUSRP: Found fd: 22  usbfs_path: /dev/bus/usb

04-22 11:30:01.627 14537 14537 D GrTemplateUSRP: Found vid: 9472  pid: 34

创建UHD USRP Source

现在我们有权限与我们需要与USRP传递的所有信息。 所以现在可以改变流图了,我们可以使用UHD USRP Source block作为源代替sig_source_f。

首先,我们需要将fd和usrpfs_path值传递给流图。将fg.cpp中的函数签名更改为:JNIEXPORT void JNICALL

Java_org_gnuradio_grtemplateusrp_MainActivity_FgInit(JNIEnv* env,

jobject thiz,

int fd, jstring devname)

在声明JNI函数的MainActivity.java中,我们需要添加两个参数:public native void FgInit(int fd, String usbfs_path);

在SetupRadio中,确保将这些信息作为“FgInit(fd,usbfs_path)”传递。

然后我们提取信息并为usrp_source block格式化设备参数字符串:#include

....

const char *usbfs_path = env->GetStringUTFChars(devname, NULL);

std::stringstream args;

args << "uhd,fd=" << fd << ",usbfs_path=" << usbfs_path;

GR_INFO("fg", boost::str(boost::format("Using UHD args=%1%") % args.str()));

uhd::stream_args_t stream_args;

stream_args.cpu_format = "fc32";

stream_args.otw_format = "sc16";

....

gr::uhd::usrp_source::sptr src;

....

src = gr::uhd::usrp_source::make(args.str(), stream_args);

src->set_samp_rate(200e3);

src->set_center_freq(101.1e6);

src->set_gain(20); // adjust as needed

src现在是一个复杂的源。 所以现在要做的是创建一个简单的流图,如下所示:usrp_source -> complex_to_real -> multiply_const_ff -> opensl_sink

完整的流图FgInit如下所示:// Get any GNU Radio headers

#include

#include

#include

#include

#include

// Declare the global virtual machine and top-block objects

JavaVM *vm;

gr::top_block_sptr tb;

extern "C" {

JNIEXPORT void JNICALL

Java_org_gnuradio_grtemplateusrp_MainActivity_FgInit(JNIEnv* env,

jobject thiz,

int fd, jstring devname)

{

GR_INFO("fg", "FgInit Called");

const char *usbfs_path = env->GetStringUTFChars(devname, NULL);

std::stringstream args;

args << "uhd,fd=" << fd << ",usbfs_path=" << usbfs_path;

GR_INFO("fg", boost::str(boost::format("Using UHD args=%1%") % args.str()));

uhd::stream_args_t stream_args;

stream_args.cpu_format = "fc32";

stream_args.otw_format = "sc16";

float samp_rate = 48e3;  // 48 kHz

// Declare our GNU Radio blocks

gr::uhd::usrp_source::sptr src;

gr::blocks::complex_to_real::sptr c2r;

gr::blocks::multiply_const_ff::sptr mult;

gr::grand::opensl_sink::sptr snk;

// Construct the objects for every block in the flowgraph

tb = gr::make_top_block("fg");

src = gr::uhd::usrp_source::make(args.str(), stream_args);

c2r = gr::blocks::complex_to_real::make();

mult = gr::blocks::multiply_const_ff::make(0.0);

snk = gr::grand::opensl_sink::make(int(samp_rate));

src->set_samp_rate(200e3);

src->set_center_freq(101.1e6);

src->set_gain(20); // adjust as needed

// Connect up the flowgraph

tb->connect(src, 0, c2r, 0);

tb->connect(c2r, 0, mult, 0);

tb->connect(mult, 0, snk, 0);

}

....

这个流图对USRP没有任何特别的用处,但是应该可以接收静态的了。由于没有设置采样率,频率或增益值的事件,因此传入的与任何真实的东西都没有关系。有关USRP应用更复杂的用法,请查看GrRxFM,它使用USRP接收和解调FM广播信号。且设置滑块来调整频率和增益,以及处理流图中的采样率和比率变化。

*参考来源:gnuradio,FB小编Covfefe编译,转载请注明来自FreeBuf.COM

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