串行RapidIO在WiMAX基站系统中的应用

无线基站系统设计

　　无线基站是典型的高性能嵌入式通信系统，它们对互连的带宽、时延、复杂度、灵活性、可靠性都有非常高的要求。而串行RapidIO正是满足这些要求的最佳选择。

　　无线基站系统

　　在传统的基站系统中，DSP与PowerPC或FPGA之间的互连一般用外部存储器接口EMIF;DSP之间或DSP与主机之间一般用 HPI(Host Port Interface)或PCI互连。它们的主要缺点是：带宽小、信号线多、主从模式接口，不支持对等传输。另外，DSP不能直接进行背板传输。如果利用串行 RapidIO 进行DSP互连则可以大大提高效率，一来它可将用于实现 DSP 之间高速互连的信号引脚数减到最少，二来可简化处理器之间的通信，从而有效地降低系统成本。

　　图2所示系统是基于CPU的高性能DSP系统。PowerPC主要针对无需大量乘法运算的一般应用，如MAC层处理。DSP主要完成滤波、矢量乘法和查找以及图像或视频分析等信号处理操作。FPGA实现FFT或者PAPR算法等。



　　图2所示的无线基站基带系统具有极高的灵活性和可扩展性，在这种架构中，各个处理器的任务分工具有很大的灵活性。由于架构已经不再与运算密切相关，流量和处理能力可在运行时间内从一个器件转移到另外一个器件。该架构也具有可扩展性，有助于满足具体应用在性能和成本方面所需的端点数量增减。例如，可以轻易改变 DSP型号和 DSP 数量，以实现相同的设计可以匹配到从微蜂窝到大型基站的设计要求。要在降低成本同时满足更高性能和带宽，关键在于采用模块化和基于标准的架构。构建下一代基带卡和基于连接了多个DSP、FPGA 和 ASIC 的串行RapidIO 接口的结构型架构具有许多优势。

　　系统在WiMAX BBU中的应用

　　·WiMAX BBU系统架构

　　图3是基于图2的WiMAX BBU系统，该系统硬件上包括一片PPC处理器MPC8548，两片DSP处理器(TI的C6455)和三片Xilinx FPGA V5LX110。FPGA与DSP之间使用SRIO口通信，DSP与PPC之间使用PCI接口和SRIO进行通信，FPGA之间使用仿PCI接口进行通信。DSP1与DSP2之间使用SRIO接口进行通信。



　　本系统中还保留PowerPC与DSPC6455的 PCI32互连，这样有利于boot模式下程序的下载。FPGA1主要实现IFFT和PAPR算法;FPGA2主要实现RANGING和FFT算法;DSP1主要实现信道编码、调制、空时编码和子载波映射，DSP2主要实现信道解码、解调、信道估计和子载波解映射。FPGA3主要实现TURBO的解码。另外MIMO的上行算法会在DSP2、FPGA2和DSP1上协同处理。

　　·测试结果

　　在4x模式下，测试DSP1与DSP2之间的通信速率和出错率。

　　测试方案：DSP1为主机，DSP2为从机。主机向从机发送数据，I/O模式下，数据发送完毕主机发送doorbell告知从机，并读回 DSP2所接收的数据比较数据是否出错;message模式下，数据链发送完毕硬件会产生中断，进入中断服务程序，接收端接收完数据链也是自动产生中断，只需记录中断次数就能判断数据是否传送正常。

　　选择3.125G波特率进行1x模式通信。测试结果如表1。结果表明SRIO的高传送性能能满足WiMAX 基带处理要求并验证了本文提出的WiMAX BBU系统架构的可行性和可靠性。

　　结语

　　本文提出的无线基站基带系统架构具有高计算速率，高带宽，可行性和可扩展性等特点。此系统架构已实际应用到WiMAX BBU系统，还可用于多种无线信号处理模块，如雷达干扰系统等。在不同的嵌入式系统中各个处理器的任务分工会有所不同，SRIO技术的实现也具有很大的灵活性，比如：可以用Direct I/O逻辑模式或者message模式实现通信等。

　　参考文献：

　　[1] 汪安民, 张胜波.C645x的串行RapidIO总线通信系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2008(11)

　　[2]杨涛. RapidIO互联技术在下一代无线基站中的应用[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2008

　　[3] 王勇. 基于Virtex-5 FPGA设计Gbps无线通信基站[J].电子产品世界，2008(11)

　　[4] Tim B, Fred S. High-PerformanceScalable Computing for Real-time Applications, Computer Communications and Networks, Proceedings of 6th International Conference[C], 1997:332-335

　　[5] TI. TMS320C645x Serial Rapid IO (SRIO)User’s Guide, 2006

作者：朱朝平 樊利民 华南理工大学电力学院 陈军 华南理工大学电子与信息学院   时间：2009-12-10