概述及系统组成
nutaq目前提供的atca/utca架构的平台包括一个覆盖从射频到中频到基带的集成的凯发娱乐登录的解决方案。由于信号处理平台涉及高速信号处理、低速信号处理、数据缓存等,有较多的数据传输、数据存储等,因此在选择amc功能子卡的时候,除了选择nutaq已有的高速fpga功能子卡,还可以选配dsp、powerpc、存储等amc功能卡,而在各种功能卡的交换协议上,主要选择srio做为交换协议,具有较高的传输速率,同时选择utca架构机箱以及mch交换板的时候,也要注意选择对应的交换架构,以及合理安排拓扑结构。该凯发娱乐登录的解决方案包括:
● 射频前端twrft(2.3~2.7ghz、3.5~3.8ghz);
● 中频提供标准的fmc模块,双通道的250msps 14bit adc和1gsps 16bit dac;
● 基带提供标准的amc模块,xilinx v6 fpga处理器以及多种高速串行接口能力。
● 基带可选的amc模块,包括dsp、powerpc以及存储器,进行低速信号处理以及数据存储。
一个utca架构的典型的双通道ad\da信号处理系统的配置如下图所示:
1.基带处理模块(perseus6010 v6)
该模块是mid-sized、针对utca/atca平台的amc板,板上具备一块xilinx v6 fpga以及支持多种交换协议,它也是一块商用的v6 fpga系统。作为信号处理系统的主处理器,v6 lxt和sxt fpga提供极强的处理能力,实现信号处理各种算法如通信的调制解调算法、数字信号的滤波和变换等,并且它支持多种传输协议,通过对应的mch板卡可以进行数据的高速传递,特点如下:
● 可选lxt和sxt virtex6 fpga;
● 具有一个vita57.1 fmc扩展
● ddr3 sodimm接口,提升系统存储能力
● 支持多种交换架构(pcie\srio\xaui\gige)
● 根据板上时钟选择,支持amc r2.0和r1.0
● 基础时钟100mhz、125mhz、625mhz(pcie/gige/xaui/srio)、默认使用pcie的100mhz作为交换时钟
● 具有ipmi控制器
● 具有一系列软件开发工具,提供fpga和ipmi的jtag调试接口
2.双通道ad/da转换模块(adac250)
该模块是通用的、vita57.1工业标准的fmc 模块,提供双通道的adc和dac,它与前端的射频设备相连,完成数字上下变频等操作,可以采集和回放信号,并通过fmc接口与后端的基带处理模块直接相连,其特点如下:
● 两通道250msps 14bit adc(ads62p49)、两通道1gsps 16bit dac(dac5682z)
● 集成可编程增益控制
● 高带宽、交流耦合
● 支持多时钟配置(板上低抖动参考时钟和同步pll、外部参考时钟、外部采样时钟)
● 通用的、vita57.1工业标准的fmc 模块
● 与nutaq的utca perseus amcx即插即用
3.射频模块
该系统射频模块是twin wimax rf transceiver。射频前端完成射频和低中频之间的频率变换,与中频ad和da连接。该射频前端低波段频率范围2.3~2.7ghz;高波段3.3~3.8ghz,接收带宽软件可选7mhz或22mhz。
4、可选模块——dsp amc(amc-6487c(commagility))
amc-6487c是一款单宽,全高amc卡,用于高性能、高带宽信号处理。amc-6487c提供3片dsp6487,共包含9个1ghz dsp内核与1个fpga,使得应用可以有效地优化与划分系统资源。amc-dsp01的10gbps srio符合picmg amc.4标准,可以为数据传输提供足够的带宽.它的以太网接口可用于数据流传输。此外,其用户可配置高速 i/o,在fpga控制下可连接背板或前面板串行端口。特点和优势如下:
● 三片ti tms320tci6487 dsps,每片带有3个1ghz c64x+dsp核
● 一片xilinx v4 fx100 fpga, 用户可编程
● 一共768mb存储
● gig ethernet接口传输
● cpri和obsai兼容的前面板天线接口
● 软件和固件库支持
5、可选模块——powerpc amc(am4101 双核8641d(kontron))
am4101双核8641d amc模块为atca/utca平台提供双核处理能力和灵活的i/o。它支持一个powerpc处理器mpc8641d,工作频率为1.5ghz,并配备内存和i/o设备提供应用灵活性。其特点和优势是:
● 双核freescale mpc8641d处理器,工作频率1.5 ghz,提供高达 20 gflops的浮点处理能力;
● 4个gigabit以太网连接;
● 可选串行rapidio或pci express交换结构
● 提供bsp支持wind river linux2.0/32bit,linux3.0.2/32bit
● 提供bsp支持wind river vxworks6.8, vxworks6.7
6、可选模块——cpu amc(am4020 intel core i7(kontron))
am4020是一款功能强大的单宽amc处理器模块,使用intel mobile core i7处理器,主频2.53ghz。am4020在计算能力和图形显示上都提供了超强的功能。模块集成存储单元控制器,pcie以及图形处理器。其特点和优势是:
● intel core i7,主频2ghz或者2.53ghz;
● 高达8gb的ecc ddr3 memory;32gb nand flash;
● 4*gbe,4*sata,2*pcie*4
● 提供linux(redhat、fedora)的bsp
● 支持windows7, windows xp, windows server 2008, windows xp emb.
7、可选模块——memory amc(am4510(kontron))
控创 am4510 sata amc 存储模块使用intelsata ssd硬盘,具有更强的性能、可靠度、强固度,并且更加节能。由于使用了固态设计,内部没有移动部件、可移动结构以及寻道时间,使得intel x25-e sata ssd 具有极快速的读写速度及 i/o, 与传统存储设备相比性能有着极大的提升。全新 am4510 amc 可提供 64gb 存储容量。可与兼容 picmg amc.0 r2.0 and amc.3 r1.0 的 控创advancedtca处理器及载版产品配合使用。其特点和优势是:
● intel x25-e sata固态硬盘(ssd)
● 32gb和64gb可选
● picmg amc.0 r2.0/amc.3 r1.0
● 卓越的读写次数及io
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8、mch模块——nat-mch
nat-mch根据utca架构系统指标提供各种功能的交换和管理能力,支持多达12个amc子卡,1~4个供电单元以及两个散热系统。对于某种应用来说,mch板采用哪种交换协议是设计系统之时定好的,nat-mch会根据不同的需要提供不同的交换板。其中mch交换板根据标准分为4个tongue(舌头),其中tongue1提供管理和基本的gige交换,tongue2提供时钟分配,tongue3和4主要提供srio和pci express。每个tongue上的金手指接口也按照一定协议分为不同的port,其数据的交换和传输通道要与机箱背板的走线相对应。utca技术里mch和背板技术是非常关键的,供应商会提供标准的背板和mch,也可以根据用户的特殊需求提供特殊的背板走线形式和mch板卡,下图是nat-mch的几种形式:
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基于模型的设计方法
utca/atca架构的信号处理开发平台采用了软件无线电设计思路,标准总线、模块化结构。开放的、标准化、可扩展的硬件结构将是实现信号处理系统的关键,软件设计将是实现系统功能的核心。而系统的复杂性、算法的复杂性,需要更高级别的设计视角和实现方法来加速系统设计、提高系统指标、规避设计风险。
utca/atca信号处理系统开发的完全凯发娱乐登录的解决方案,涵盖高性能的dsp+fpga+ad/da为硬件支撑平台,无缝集成simulink的模型设计方法,将系统仿真分析与实现相结合,借助matlab中的rtw将模型转化为dsp代码,用system generator和acceldsp作为fpga算法开发工具,将模型转化为fpga的hdl代码。对于nutaq提供的硬件系统,除了提供了底层的驱动程序还提供了simulink接口驱动,可以将模型针对特定硬件集成,可以在simulink中对系统进行仿真,采用自动代码生成方式fpga可执行文件,通过网络方式下载到硬件平台中。
目前,通信/数字信号处理日趋复杂,各类eda软件相继成熟,针对不同的领域都有不同的专业软件,采用系统级自顶向下的设计流程,快速构建应用。一个好的eda工具就是让设计人员能尽量少的修改仿真模型或仿真代码就能生成系统可用的代码,在设计域和实现域架起一座桥梁。而matlab是目前通信和数字信号处理系统中普遍采用的系统级仿真工具,matlab集成了许多专业工具箱,如rf工具箱、信号处理工具箱、通信工具箱,还有系统动态仿真环境simulink,利用该软件可完成整个系统中数字信号处理部分的全部仿真(包括rf的行为仿真),并且可以将simulink模型直接转化为dsp、fpga代码,并下载到用户的硬件平台上。这种设计流程可以将设计人员的注意转移到系统或算法上来,通过仿真到实现的集成,深入发掘系统或算法的问题,达到提高系统指标、优化算法等目的。
针对fpga设计,xilinx公司推出了system generator for dsp与acceldsp系统级设计工具。system generator for dsp是在simulink环境中进行系统或算法建模、仿真、hdl代码实现工具,并提供了通信、数字信号处理的ip,方便开发。
当然,在传统设计流程中,很多设计人员采用基于m的模型作为系统设计中的前期仿真,每个设计都面临量化、高级语言到hdl语言的转化、ip核的集成、测试向量的编写与hdl带码验证等问题,而且随着设计的复杂度提高,往往会占用设计人员的许多时间,使设计人员很少有时间去分析设计的合理性,以至许多设计人员都希望能将m编写的模型直接转化为vhdl代码和system generator for dsp模块,acceldsp通过与matlab的完美结合,提供了将基于m的模型转化为vhdl代码的凯发娱乐登录的解决方案。它将传统的fpga设计流程纳入到一个集成的环境中,并能提供以下功能:
● 根据.m模型中的数据完成浮点到定点的量化,并能根据特殊需求进行手动修改。
● 将.m自动转化为hdl代码,并可以在集成环境中进行代码效率分析。
● 提供从.m模型一直到rtl门级代码的多角度仿真分析及结果对比
● 丰富的设计报表,为设计的优化和合理性提供指导
● 丰富的ip核(包括数字信号处理、通信、线形代数中矩阵分解与求逆),减少设计难度
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基于模型的设计方法(mbd)将系统仿真分析与特定硬件实现无缝地衔接,以缩短设计周期。恒润科技将这种设计流程引入到公司的自研产品设计中,取得了良好效果。另外,根据国内部分使用单位反馈,这种设计流程解决了以往设计流程中不足之处:
● 设计平台的统一,避免了不同仿真与设计软件间的不断切换;
● 系统级的设计视角,追求系统指标与功能的实现;
● 细致而简便的量化方法,确保系统实现所要求的精度;
● 图形化的建模方法与自动代码生成,使设计直观易懂,继承性好,移植方便。