Anleitung Inbetriebnahme: Unterschied zwischen den Versionen

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Allgemeines
 
Der R2T2 ist ein DDC/DUC-SDR-Transceiver. Die aktuelle Konfiguration stellt 8
 
unabhängige Empfänger bereit. Auf dem R2T2 wird zur 
 
Zeit eine modifizierte QtRadio-Version (http://napan.ca/ghpsdr3/index.php/Main_Page) als SDR-Software verwendet.
 
Grundüberlegungen zum Schaltungsdesign des R2T2
 
Der R2T2 ist ein kompletter SDR Transceiver, der durch seinen Aufbau den aktuellen Stand
 
der Technik widerspiegelt und durch seine umfangreiche Peripherie und modularen Aufbau auch
 
zukünftig keine Wünsche offen lassen dürfte. Zum Betrieb ist keinerlei zusätzlicher PC notwendig,
 
an den R2T2 können optional auch direkt ein Monitor (HDMI) und eine USB-Tastatur bzw. eine
 
USB-Maus (noch besser: Wireless USB Desktop)angeschlossen werden.
 
 
Das Konzept:
 
Da sich das Direktwandlerprinzip („Antenna-to-Bits“) in vielen hundert HiQSDR-Modulen weltweit
 
bewährt hat, legten wir dies auch als Basis für einen Muli-User WEDSDR für den DARC fest.
 
Dabei stellte sich sehr schnell heraus, dass für ein zukunftsfähiges Konzept mehr als ein
 
„aufgebohrter“ DDC/DUC - SDR notwendig ist. Ein SDR-Multiuser-System, bei dem alle Anwender
 
gleichberechtigt einen „eigenen“ kompletten SDR in voller Auflösung und mit allen Optionen über
 
das Internet zur Verfügung haben erfordert nicht nur Softwaremäßig entsprechend umfangreiche
 
Vorkehrungen sondern auch die Hardware muss entsprechend leistungsfähig sein.
 
Die Software eines modernen SDR-Konzeptes lässt sich nachträglich erweitern und ändern, bei der
 
Hardware ist dies nicht so einfach möglich. Aus diesem Grund haben wir sehr viel Augenmerk auf
 
modernste Bauelemente und Erweiterbarkeit (und Verfügbarkeit!) der Hardware gelegt.
 
Das aus diesen Anforderungen entstandene Konzept des R2T2 lässt viel Luft für die Zukunft
 
und ermöglichtes es, die Baugruppe wahlweise als Multiuser-WEBSDR oder als kompletten,
 
erweiterbaren voll digitalen standalone Multiband-Transceiver zu verwenden.
 
Die ADC/DAC Wandler:
 
Bei der Wahl der ADC/DAC wurden hochwertige, schnelle dual-14-Bit-Wandler von Analog Devices vorgesehen.
 
16 Bit Wandler sind hier unseren Erachtens nur ein Werbeargument und technisch sinnlos,
 
da die letzten beiden Bits in der Praxis weder vernünftig auflösbar noch nutzbar sind.
 
Bereits echte 14 Bit stellen extrem hohe Anforderungen, u.a. an den Hauptoszillator!
 
(der Jitter muss kleiner als 115 Femto-Sekunden(!) sein)
 
von restlichen Systemanforderungen (Stromversorgung, Einstrahlung) sowie externen
 
Einflüssen wie Antennenrauschen, QRN usw. ganz zu schweigen.
 
Wichtiger als marktschreierische ADC-Auflösungen erschienen uns praxistaugliche, hoch
 
aussteuerbare Eingangsverstärker (PGA) und exakt Software-steuerbare Abschwächer.
 
Wir verwenden für den Hauptoszillator eine spezielle Multi-Chain-PLL mit integrierten
 
programmierbaren Teilern (SI5344) der es zusätzlich gestattet, das gesamte System mit
 
einer extern zugeführten Frequenznormal (z.B.10 MHz)zu synchronisieren.
 
So haben wir auch der Anforderungen von Betriebsarten mit extremer Frequenzgenauigkeit
 
und -Stabilität Rechnung getragen.
 
Ein stabiler TXCO erlaubt aber auch ohne externe Synchronisierung Betriebsarten wie WSJT oder EME obwohl auch diese Betriebsarten besondere Anforderungen an die Frequenzgenauigkeit haben.
 
 
Das Controllerboard: ein kompletter PC auf einem Chip:
 
Schnell stand fest, dass neben modernen doppelten ADC/DAC auch das Prozessorsystem auf dem
 
Board sein sollte, um die entstehenden I/Q-Daten direkt verarbeiten zu können und nicht erst
 
über ein (langsames) Interface zu einem andern PC leiten zu müssen.
 
Hier fiel unsere Wahl auf das modernste was momentan verfügbar ist, ein komplettes
 
System-on-Chip ZC7020 (ZYNQ) der neben einem großen FPGA auch zwei ARM9-Cores inklusiver
 
kompletter Peripherie direkt auf einem Chip enthält.
 
 
Peripherie & Schnittstellen
 
Ebenfalls viel Wert haben wir auf die Schnittstellen zum Anwender gelegt.
 
Hierfür sind neben einem Gigabit-Netzwerkanschluss zwei USB2 (OGT und 2x Seriell-Emulation),
 
SD-Karteninterface usw. vorhanden. Die Audioaufbereitung übernimmt der programmierbare
 
Audio-DSP ADAU-1791, für die Audioausgabe (Monitoring) ist ein 2W Verstärker mit
 
Kopfhörer- und Lautsprecheranschluss vorhanden.
 
Um Lieferschwierigkeiten einiger besonderer Peripherie für den ZYNQ zu umgehen
 
(1.8V-Gigabit-PHY, DDR3L-Chips) haben wir uns entschlossen, den FPGA/Prozessorteil
 
mit Speicher und Interfaces auf ein separates Modul auszulagern. Dies ermöglicht neben
 
späterem „upgrading“ auf noch schnellere und größere ZYNQ-SoCs den R2T2 komplett auf
 
einer Leiterplatte mit „nur“ 6 Lagen unterzubringen.
 
Besonderes Problem war dabei, die durch die vielen Optionen notwendigen Steckverbinder an
 
sinnvollen Stellen an der Platine unterzubringen.
 
Die Leiterplatte des R2T2 ist 200x160mm groß und kann direkt in ein BOPLA-Alu-Stranggußgehäuse
 
ABP 2070-0200 eingeschoben werden, die Abwärme wird durch unter der Leiterplatte montierten
 
Wärmeverteilerplatten direkt an das Gehäuse abgegeben.
 
Für den ZYNQ-SoC ist optional ein leiser, temperaturgesteuerter Lüfter vorhanden.
 
An der Rückseite sind alle Anschlüsse vorhanden, die für den Betrieb notwendige sind.
 
An der Frontplatte kann optional ein LCD und div. Encoder (für den Transceiverbetrieb)
 
angeschlossen werden. Da der R2T2 für den standalone und für Remotebetrieb konzipiert ist,
 
kann die Stromversorgung sowie PTT und KEY über galvanisch getrennte Leitung angesprochen
 
werden wobei alle Spannungen, Ströme und Betriebszustände über das Webinterface kontrolliert
 
werden können.
 
Auf dem R2T2-Board sind Steckverbinder für Zusatzmodule wie VHF/UHF/SHF-Erweiterung sowie einem neuartigen Preselektor vorhanden. Dieses neuartige Konzept eines MultiUser-Preselektor erlaubt es mehreren Anwendern oder mehreren Software definierten Empfängern gleichzeitig, verschiedene Bänder zu nutzen.
 
 
Einsatz des R2T2 als DARC Web-Gerät
 
In der ersten Ausbaustufe des DARC Webservers ist auf logistischen, organisatorischen und recht-lichen Gründen nur ein Betrieb als Empfänger vorgesehen. Nach Klärung aller mit dem Sendebe-trieb stehenden Vorgaben kann dieser freigeschaltet werden. Momentan ist aus Sicherheitsgründen auf allen ausgelieferten R2T2  DARC-Webservergeräten der Sendebetrieb Hardwaremäßig gesperrt.
 
Bitte beachten Sie auch dass möglichst alle Nutzer alle Möglichkeiten des Gerätes nutzen wollen. Bitte teilen Sie Ihren Mitgliedern mit, dass sie kooperativ nach Beendigung er eigenen Nutzung QTRadio wieder schließen und freigeben.
 
Bei der Nutzung und Antennenplanung sollten Sie daran denken, möglichst Breitbandantennen einzusetzen. Nur so kann auf vielen Bändern gleichzeitig gearbeitet werden. Bitte achten Sie dabei aber auch auf ausreichenden Blitzschutz / Überspannungsschutz der Antennen! Defekte durch Überspannung / Blitzschutz sind naturgemäß von keiner Garantie gedeckt!
 
Inbetriebnahme
 
Zum Betrieb des R2T2 ist die beiliegende SD-Karte einzusetzen, die Spannungsversorgung ist mit einem 12V-Netzteil (mindestens 2A) zu verbinden und das Netzwerkkabel sollte mit dem PC oder dem Switch verbunden werden.
 
Die SD-Karte enthält zwei Partitionen. Die erste Partition ist enthält ein Windows-Dateisystem mit dem Bootloader, der FPGA Software und dem Linux-Kernel. Auf der zweiten Partition liegt das Linux-Dateisystem mit den R2T2-Daten. 
 
Nach dem Einschalten bootet der R2T2 das auf der SD-Karte liegende Linux. Der Bootvorgang kann bis zu einer Minute dauern. Anschließend ist das Gerät über die IP-Adresse 192.168.1.99 über ssh zu erreichen. Der Login-Name und das Passwort ist 'r2t2'.
 
Konfiguration
 
Der R2T2 benutzt ein Arch-Linux-System (https://www.archlinux.de). Alle Fragen, zur allgemeinen Konfiguration werden ausführlich auf der gut gepflegten Wiki-Seite ('https://wiki.archlinux.de') beantwortet.
 
Zur Konfiguration das R2T2 sind einige Dateien zu bearbeiten. Installierte Editoren sind 'nano' oder für fortgeschrittene Nutzer auch der 'vi'.
 
Zunächst sollte die gewünschte Netzwerkadresse festgelegt werden, dazu ist eth0 in /etc/netctl zu editieren:
 
sudo nano /etc/netctl/eth0
 
Hier sollten die Einträge Addresse, Gateway und DNA an das eigene Netzwerk angepasst werden. Anschließend kann der R2T2 neu gestartet werden, damit die neuen Einstellungen wirksam werden:
 
reboot
 
Nach ca. einer Minute sollte man sich über die neue IP-Adresse neu einloggen können.
 
Hinweis: Falls man sich ausgesperrt hat, kann man die SD-Karte auch direkt an einem Linux-Rechner editieren. Dazu die SD-Karte aus dem R2T2 entnehmen, in den Kartenleser des PCs einstecken.
 
sudo mount /dev/mmcblk0p2 /mnt
 
cd /mnt
 
sudo nano /etc/netctl/eth0
 
umount /mnt
 
Anschießend ist noch die dspserver-Konfiguration zu berarbeiten:
 
sudo nano /root/dspserver.conf
 
Hier ist mindestens das Rufzeichen (call) einzutragen, der Ort (location), die Antenne (ant) sind optional zu setzen. Wenn der R2T2 über das Internet bereitgestellt werden soll, ist 'share' auf 'yes' zu setzen.
 
Die DSP-Server sind nun mit
 
sudo killall dspserver
 
zu beenden. Sie werden nach einigen Sekunden automatisch neu gestartet.
 
Der R2T2 ist nun einsatzbereit.
 
Damit die R2T2-Empfänger aus dem Internet erreicht werden können, müssen noch die TCP-Ports 8000 bis 8007 auf dem Router freigegeben werden.
 
Software
 
FSBL-Bootloader
 
Nach dem Reset des Prozessors wird der initiale Bootloader (First Stage BootLoader) (FSBL) vom  Zynq Z7020-Soc auf verschiedenen Bootmedien gesucht. Der FSBL ist ein Teil der boot.img-Datei auf der ersten Partition der SD-Karte.
 
Hinweis: Auf der SD-Karte liegen zwei boot.img-Dateien, boot.img.hdmi und boot.img.nohdmi. Die Datei boot.img.nohdmi enthält einen FSBL, der das HDMI-Core des FPGAs nicht initialisiert. Damit hat man keine Bildschirmausgabe über den HDMI-Anschluss. In dieser Konfiguration steht die volle DMA-Bandbreite zwischen FPGA und CPU für den SDR-Transceiver zur Verfügung. Bei aktivierter HDMI-Ausgabe wird die DMA-Bandbreite zwischen SDR und HDMI aufgeteilt und es kann zu Störungen im SDR-Empfang kommen.
 
Um die HDMI-Ausgabe zu aktivieren, ist das boot.img durch boot.img.hdmi zu ersetzen.
 
U-Boot
 
Der FSBL startet den eigentlichen Bootloader (Second Stage Bootloader). Der R2T2 verwendet den U-Boot. Dieser ist Teil der boot.img-Datei auf der ersten Partition der SD-Karte.
 
FPGA-Image
 
Wesentliche DSP-Funktionalität der SDR-Empfänger und des Senders werden im FPGA des Zync-Soc realisiert. Das FPGA-Image wird vom FSBL in das FPGA geladen. Auch das FPGA-Image ist Teil der boot.img.
 
Linux-Kernel
 
Der U-Booter lädt den Linux-Kernel in den Speicher und startet diesen. Es wird derzeit ein modifizierte Kernel der Version 4.0.0 verwendet.
 
Linux
 
Das Arch-Linx-System auf der zweiten SD-Partition stellt für den SDR-Transeiver die grundlegenden Funktionen, wie Netzwerk, TCP/IP, diverse Systemserver, Webinterface etc. bereit.
 
R2T2
 
Das R2T2-Programm dient zu Test der FPGA-Schnittstellen und ist zum normalen Betrieb nicht notwendig.
 
usage: r2t2
 
        -c rx              select rx [0..8]
 
        -r rxfreq          set rx freq
 
        -a rx rate        set rx rate
 
        -t rxfreq        set tx freq
 
        -b tx rate        set rx rate
 
        -s samplerate      use sample rate
 
        -u                init clock chip
 
        -p                init adc and dac
 
        -g gain (-9 ..32)  rx 1 gain
 
        -k gain (-9 ..32)  rx 2 gain
 
        -i att  (0..31)    rx 1 att
 
        -j att  (0..31)    rx 2 att
 
        -e                read rx data to stdout
 
        -f                write 2 tone signal to tx data
 
        -d reg            select reg
 
        -l cnt            read from selected reg to reg+cnt
 
        -w val            write val to selected reg
 
        -h                this usage
 
Alle Zahlen können Dezimal, als Float oder Hex eingegeben werden.
 
Beispiel:
 
Frequenz von Receiver 0 auf 7.1 MHz einstellen:
 
r2t2 -c 0 -r 7.1e6
 
Sollten die DSP-Server stören (z.B. bei der -e oder -f Option), können sie gestoppt werden. Für die Deaktivierung der DSP-Server ist zunächst die Überwachung der DSP-Server abzuschalten, anschießend sind die Server zu beenden:
 
systemctrl stop qtradiowatch.service
 
systemctrl stop qtradio.service
 
Die Server können später wieder neu gestartet werden, indem die Überwachung der DSP-Server wieder akiviert wird:
 
systemctrl start qtradiowatch.service
 
QtRadio
 
QtRadio verwendet ein Client-Server-Konzept. Auf den R2T2-Linux laufen acht DSP-Server die auf einen gemeinsamen R2T2-Server zugreifen. Der R2T2-Server ist das Interface zur Hardware das R2T2 und stellt die Schnittstelle zum FPGA dar. Die DSP-Server verarbeiten die (T)RX-Signale vom R2T2-Server und stellen für die QtRadio-Software den demodulierten Audiostrom und die FFT-Wasserfall-Daten bereit. Die QtRadio-Software sendet Kommandos, wie das Einstellen der Empfangsfreqenz an den DSP-Server. Eine grundlegende Einführung findet man auf der Webseite des Projekts unter http://napan.ca/ghpsdr3/index.php/Main_Page .
 
Auf jeden der acht DSP-Server kann ein oder mehrere Clienten mit der QtRadio-Software vom entfernten PC zugreifen. Nur der erste Client kann den genutzten Empfänger bedienen, alle anderen können nur mithören.
 
Die aktuelle QtRadio-Software kann nur 4 unterschiedliche Empfänger auswählen, daher sollte die beiliegende angepasste Software verwendet werden. Unter Receiver → Configure → Receiver lassen sich dort die Empfänger von 0 bis 7 auswählen.
 
 
 
Wir d fortgesetzt, bitte beachten Sie Die Wiki—Seite des Projektes unter
 
 
www.r2t2.de für aktuelle informationen!
 

Aktuelle Version vom 24. Juni 2016, 10:01 Uhr

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