Tutorial 2: GNU Radio Companion

> 原文：http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/Guided_Tutorial_GRC

# **GNU Radio Companion**
* 目标
    - 用标准的模块或库创建流图
    - 学习调试流图
    - 理解GNU Radio中的采样和throttle
    - 学习使用文档理解模块的功能
* 学习前提
    - git的基本知识
    - GNU Radio 3.7.4或者更新版本
    - Tutorial 1

## **2.1. 建立教程**
开始之前，我解释一些如何规划整个教程。[Github](https://github.com/gnuradio/gr-tutorial)上的教程包括了所有的图片、grc文件和模块文件。我们可以参考这些文件，但是为了学习和增长经验，我们需要自己去时间。所以，我建立俩个文件夹，一个存放专门存放solutions，另外一个专门存放work:
```bash
/home/user/gnuradio/tutorials/solutions
/home/user/gnuradio/tutorials/work
```

### **2.1.1  克隆仓库**
开始之前，我们需要克隆仓库。首先，打开终端并切到solutions目录。克隆仓库到本地。
```bash
$ git clone https://github.com/gnuradio/gr-tutorial
```

### **2.1.2 安装模块**
在被克隆的仓库中，我们运行以下命令，编译安装solutions
```
mkdir build
cd build
cmake ..
make -j8
sudo make install
sudo ldconfig
```
如果我们想要自己去做这些教程，我们可以卸载这些模块。
```
sudo make uninstall
sudo ldconfig
```

## **2.2 了解GRC**

我们在Tutorial1中已经知道GNU Radio是一个工具的集合，可以用来开发软件无线电。在这个教程中，我们将要探索如何使用GRC(GNU Radio的图形化工具)。GRC允许我们图形化创建Python文件，而不是单单使用命令和代码。

在终端(ubuntu:ctrl+alt+t)中打开gnuradio-companion,让我们开始GRC的学习之旅。
```bash
$ gnuradio-companion
```

首先看看布局，布局包含四个部分：Libary, Toolbar, Terminal, Workspace
![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=583e8cd3ab6441378101dd19)

如果打开出现错误，请移步[troubleshoot our installation](http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/InstallingGR)

### **2.2.1 搜寻模块**

这些库包括GNU Radio预装的模块，它们均安装在GRC block的路径下。
ctrl+F或者点击搜索图标可搜索模块

### **2.2.2 改变模块属性**

双击Options Block弹出窗口，可以改变属性，如下：
![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=583feda3ab64413781020202)

属性ID用于这个流图生成的python文件名和class名称，为必填项。Generate Options需要被设置成QT GUI，因为我们使用的时QT GUI sink而不是一个WX GUI sink。

当我们保存这个GRC流图作为一个<filename>.grc时，执行这个流图会产生一个输出，GRC会将流图转化成python脚本。实际上，当我们执行一个流图时，是在运行该python脚本。这个ID就是被用来命名那个Python文件，其会被保存到.grc同级目录。

GRC里一切皆Python。block的属性都会被转译成Python。这意味着我们可以通过调用Python来设置属性。

### **2.2.3 我的第一个流图**

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5841161fab64417032005d24)
如图创建流图，并连线。

throttle会在后面详解，这里你只要明白它是为了防止流图完全占用cpu的资源，以致导致计算机无法响应。

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=584118dcab64413781021061)

工具栏上有几个比较重要的工具需要了解：生成流图，执行流图，停止流图，分别对应着快捷键为F5、F6、F7

### **2.2.4 Generate Options里需要注意的地方**

点击Generate会在同级目录下生成options里ID相同的py文件。GRC的控制台会显示重要的信息，例如error和warning。

当我们在generation option中选择的和我们正在使用的图形工具不一致时，就会报错。比如，当generation options选择WX GUI而我们使用的时QT GUI，那么我们会得到下面的错误：

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=58411b20ab64417032005d95)

当gerneration options选择QT GUI而我们使用的时WX GUI，会得到下面的错误：

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=58411b6dab644137810210b7)

注意，我们之后并不会使用WX GUI，只用QT GUI。

### **2.2.5 检查输出**

执行该流图，观察得到e<sup>jwt</sup>形式的正弦波。停止流程图，现在我们可以通过Help->Types去查看GNU Radio中的数据类型

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=591800b3ab644174010006eb)

我们可以看到许多编程语言里常见的数据类型。不同的颜色代表不同的数据类型。我们现在的蓝色端口意味着Complex Float 32，也就是说实部、虚部都是float 32位。Time Sink用俩个信道输出实部和虚部。更改Signal Source的属性Output Type来改变输出数据类型，这里改为float，点击ok，可以看到端口变成了橙色。工具栏出现了一个红色的减号按钮，可以查看流图错误信息，点击弹出提示窗口。错误信息为端口size不匹配。因此，不同数据类型的端口无法互连，否则会报错。改变其他block端口的数据类型以纠正错误。然后生成和执行，得到以下结果，仅仅有一条信道。

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=58412ba0ab64413781021218)

## **2.3 使用Companion**
以上是初步认识GRC，现在继续深入了解GRC有用的特性。

### **2.3.1 时间和频率流图**

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=58412fa2ab64417032005f43)

具体改变如下：（这段官网的描述有错的地方，请直接参考图里的数值来设置）

* We are starting a new flowgraph with ID "tutorial_two_3" 
* In QT GUI Tab Widget, ID to "tab", Num Tabs to 2, Label 0 to "Time", Label 1 to "Frequency"
* In QT GUI Range, ID to "samp_rate", Default Value to "5*freq", Start to "0.5*freq", Stop to "20*freq", Step to "200"
* In Variable, ID to "freq", Value to "2e3"
* In Signal Source, Frequency to "freq", Waveform to "Sine"
* In QT GUI Time Sink, GUI Hint to "tab@0". In QT GUI Frequency Sink, GUI Hint to "tab@1"
* In Throttle, Sample Rate to 32e3 (more on why later)

然后执行，观察图形。

在包括GNU Radio的任何软件无线电平台上，Sampling rate是比较有趣的一项。移步[Extras on Sampling Rate](http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/Guided_Tutorial_Extras_Sample_Rates)去学习改变Sampling rate会怎样影响信号

## **2.4. 使用INSERT_BLOCK_NAME_HERE**

### **2.4.1 使用Probe Signal block**

这一块讲的比较糙。见我翻译的另一篇[文章](http://blog.leanote.com/post/2997215859/probe-block%E5%92%8Cfunction-probe-block%E7%9A%84)。

### **2.4.2 显示基于文本的信息**

通过QT GUI Entry和QT GUI Label来显示文本信息

### **2.4.3 关于throttle block的说明 **

不连接硬件的时候，我们在整个流程图中需要throttle（也只需要一个） block来减轻cpu的负担，否则cpu会被占满。并且throttle的sample rate越大，cpu就会跑的越艰难。而硬件本事就强加了限制，因此连接硬件的时候，不需要throttle

### **2.4.4 采样速率不匹配**

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=58b67a76ab64410ab8008ed7)

如图建立流图，其中chooser的有个选项16kHz不按图中显示那样写，应当写成160kHz，然后观察。

- 所有信源（source）的sampling rate都设置为samp_rate
- audio_rate设置为"48000"
- 所有的信宿（sink），包括audio，time，frequency把sampling rate设置为audio_rate

这里没有加throttle的block，我们将audio sample rate设置成了一个变量（variable），所以当流图正在运行的时候，我们无法改变其值。这是因为xml文件没有适当的回调来支持这个（具体参见tutorial 3）。

当sample rate为48000时，运行流图，可以听见电话拨号（phone dailtone）的熟悉响声，此时观察频谱，在440hz和350hz上。

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=58b67d9eab64410ab8008fbe)

当signal sampling rate比audio sampling rate低时，没有dialtone，soundcard接受到更高的频率信号。

当signal sampling rate比audio sampling rate高时，没有dialtone，soundcard接受到更低的频率信号。

确保sample rate匹配，我们才能得到正常工作的数据。更多关于sampling rate可以参见[FAQ](http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/FAQ#What-does-sample-rate-mean-in-GNU-Radio)

### **2.5 总结**

在下一节开始之前，总结一下GRC的东西。这里就不翻译了。简单看一下就行了。

And that is it for now with GRC. Let us know your thoughts before going on to the [python](http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/NewTutorials3) tutorial.

#### 2.5.1. Some Questions We Now Know!

1. If you put down a Signal Source and Abs block onto a canvas and connect them together without changing anything, an error occurs.
* How do we know there is an error?
* How do we figure out what the error is?
* How do we correct the error?

2. Say that we have two signals in our flowgraph that we wish to multiply together.
* How would we find a block that multiplies signals?
* How do we use the multiply block in GRC?
* What else can we do and change in this block?

3. If you saw a block had an unused, light gray input port on it, what kind of port would that be?

4. If you run a flowgraph and see the "AttributeError: 'top_block_sptr' object has no attribute 'top_layout'", what is wrong and how can you fix it?

5. Signal processing questions
Say we want to process speech audio data, and we have a microphone that won't let any frequencies in higher than 8 kHz. What is the minimum sampling rate we must use?
Now we want to digitize a radio signal that goes from 99.9 MHz to 100.1 MHz. How large is the minimum applicable sampling rate?

View answers...

* 16 kHz (2 * 8 kHz)
* The bandwidth is 200 kHz, so we must sample at least at 400 kHz -- or 200 kHz if we have complex sampling, as we usually do in software radios.

#### 2.5.2. Links to Further Resources

inks that are accessible without knowing much about how GNU Radio interacts with code. Not necessary to proceed.

* [Core Concepts](http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/TutorialsCoreConcepts)
* [Hardware](http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/Hardware)

### 2.6. Candidates for Future Sections

Possible topics we may want to add in the future depending on feedback and questions on mailing list

* Hier Blocks Example
* Busports
* Samples vs Time, deserves an example but not sure if here on in python
* Maybe a simpler example like dial tone

逆风起笔