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HackRF 代码讲解 （一）

2023-05-16

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本文包括驱动、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。

（本文将与http://club.digiic.com/Forum/PostDetail/p-1793.html同步更新，后续内容敬请期待！）

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代码讲解

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