FPGA在TD-SCDMA通用开发平台中的应用

2011-05-30 02:47:38来源: 互联网 关键字:FPGA  td-scdma
   

    随着微电子技术的飞速发展,现场可编程器件正以空前规模和速度渗透到各行各业,为各行业的电子系统设计工程师自行开发本行业专用的ASIC提供了技术和物质条件。FPGA器件作为当今电子设计领域应用最广泛的可编程器件之一,它的高集成度、可现场修改、开发周期短等优点满足了从军用到民用、从高端到低端的大多数电子设计领域的需求。而TD-SCDMA作为我国提出的具有自主知识产权的3G标准,已经走过了十几个春秋,协议栈软件、物理层软件、手机芯片和移动终端等相关产品都日益成熟;随着3G牌照发放日期的临近,TD-SCDMA产业链上的各种产品的研发都进入了最后的冲刺阶段。由于TD-SCDMA标准中对各种产品的性能都有着严格的规定,因而产品的测试和验证就显得尤为重要。本文介绍一种TD-SCDMA通用开发平台,能够对开发中的产品进行测试验证;FPGA由于其各方面优异的性能成为平台的重要组成部分。

  1FPGA简介

  FPGA(FieldProgrammableGateArray,现场可编程门阵列)是在PAL,GAL,sEPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

  目前FPGA的品种很多,有Xilinx公司的Spantan,Vertex系列;A1tera公司的FIEX系列;Actel公司的ProASIC系列以及TI公司的TPC系列等。本文以Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列器件为例介绍FPGA的内部结构,由图1中可以看出,此系列的FPGA总体上由5大模块组成。

Virtex-

  可编程逻辑模块(CLB):由4个相同的Slice和附加逻辑电路构成,用于实现组合逻辑和复杂时序逻辑。

  块存储器(BlockRAM):单位容量是18Kb;每一个BlockRAM均可配置为单端口或双端口RAM;利用CoreGenerator,还可将BlockRAM资源配置为双端口FIFO。

  可编程输入/输出模块(IOB):提供FPGA内部逻辑与器件封装管脚之间的接口,输入/输出速率可达840MHz。

  数字时钟管理器(DCM):可以消除时钟的延迟、频率的合成、时钟相位的调整,输入频率范围为24~420MHz。

  乘法器:有符号乘法运算速率可达到140MHz的18位×18位的二进制乘法器,利用这些乘法器进行读取/相乘/累加的多次迭代操作,可实现高速和高效的DSP滤波器结构。

  由于FPGA性能的不断提高,它在数字信号处理领域的应用越来越广泛,尤其在移动通信领域积累了很多的成功经验,因而,在一种基于“软件无线电”技术TD-SCDMA通用开发平台中,选择使用FPGA来拓展平台的使用范围,并为平台以后的性能提升留下空间。

  2基于“软件无线电”技术的TD-SCDMA通用开发平台

  软件无线电技术的基本原理就是将宽带A/D和D/A转换器尽可能地靠近天线,从而以软件方式来代替硬件实施信号处理。采用软件无线电的优越性在于基于同样的硬件环境,采用不同的软件就可以实现不同的功能。这一点和可编程逻辑器件有着异曲同工之处,因此,可编程逻辑器件在软件无线电中得到了越来越广泛的应用。

  TD-SCDMA标准要求软件无线电完成接收信号经A/D转换后的数据解调、滤波、基带信号处理等任务,其中包括了联合检测、Viterbi译码、Turbo译码等复杂的算法,这些任务无一不涉及到巨大的运算量。以目前的硬件处理速度来看,仅靠DSP来完成上述功能是不可能的。因而在应用中,一般由FPGA来完成需要快速和较为固定的运算,由DSP来完成灵活多变和运算量较大的任务。基于以上分析,设计了以DSP+FPGA为信号处理核心的基于“软件无线电”技术的TD-SCD-MA通用开发平台。该平台以RF器件、A/D器件、大容量FPGA、高速DSP、高性能ARM为基础,以软件为核心,既兼顾速度和灵活性,又具有较强的通用性,支持在同一种标准增强版本之间的移植,并能够支持完全不同的标准,有助于系统的升级和多模运行。

  开发平台中的OMAP1612(ARM926EJS+DSP5510)芯片是TI推出的适合第三代移动通信的双核多媒体应用平台,其DSP的CPU主时钟工作在160MHz或200MHz,具有高达400MIPS的处理能力。FPGA芯片采用Xilinx公司的200万门Virtex-Ⅱ系列器件XC2V2000,它采用0.15μm工艺设计,具有8层金属工艺;其内部时钟频率可达到420MHz,输入/输出速率可达840MHz。负责A/D,D/A处理的芯片采用Maxim公司的MAX19700,该芯片工作时钟为5.12MHz,提供了双10b,7.5MSPS的Rx(ADC),Tx(DAC)通路。
 在该平台中,FPGA与DSP之间的数据传输效率是它们实现各自功能的基础。根据OMAP1612的数据手册,平台采用MeBSP2接口来完成它们之间的数据传输;对控制信息的传输、RF模块和A/D模块的配置都由SPI接口来完成;A/D模块到FPGA的数据接口根据MAX19700芯片的数据手册来编写。以上三个接口必须在FPGA端模拟出来,才能完成FPGA与其他器件之间的数据控制和传输。

  

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编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0530/article_2190.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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