基于京微雅格CME-C1的典型应用介绍

CME-C1是京微雅格新近推出的高性能大容量“云”系列首颗产品，逻辑容量折合2000万门级。CME-C1采用TSMC 40nm先进工艺，采用全新的6输入查找表架构，独创36x18的DSP单元，内嵌大容量每块18K位ram，高速串行接口可达6.5Gbps，通用差分I/O可达1.3Gbps，同时还内置硬核PCIe支持5G速率Gen2、DDR3/2控制器以及PHY读写速率可达1333Mbps，各项指标均达国内领先水平。

CME-C1紧跟当前市场的需要，定位于无线通信、有线网、电力保护、工业控制(机器人)、图像处理(安防，无线图传)、金融安全、数据保护、云计算以及国防军工等应用领域。本文就通过CME-C1在无线通信、有线网、安防监控、工业控制、国防军工以及金融安全等领域的典型应用做了分析。

无线通信

无线通信领域宏基站、微基站以及软件无线电等应用，都需要使用到FPGA实现频率合成、滤波、数字上下变频、编解码、以及通信协议等功能。CME-C1独有的 DSP架构，每个单元支持36*18的乘法运算，带有预加法器与后加法器，能做56位的加法运算，十分适合滤波器以及FFT运算。此外，CME-C1还有硬核SERDES，能支持各种高速通信协议如CPRI，RapidI/O，PCIe，Gigabit Ethernet，OC48等。

  


图一：CME-C1在无线通信领域的典型应用分析

有线网

企业级以及骨干级路由器、交换机，需要使用高性能FPGA对报文做处理，调度、切分、缓存等功能，这就需要能支持更多输入级的组合逻辑以及快速访问内部ram的FPGA。CME-C1支持高达600Mhz频率访问内部ram，先进的6输入查找表架构有效的减少了组合逻辑级数以达到更高速率的逻辑需求，同时内置的硬核PCIe支持×4的Gen2标准，可以方便的实现设备的互联。

在光传输领域，通常要对多路宽带信号进行实时采集、处理和传输。FPGA具有时钟频率高、速度快、采集实时性高、控制灵活等特点，与A/D转换器等外围电路结合，更适于高速数字信号处理。在发送端，先将外部输入的模拟信号进行预处理，再通过A/D转换器转化为数字信号送入FPGA进行处理。根据数据传输以及通信协议的要求，FPGA将预处理后的A/D数据进行编码、成帧。然后由FPGA内部的IP核进行并串转换，最后由光收发模块完成电光转换后，通过光纤发送出去。在接收端，光收发器模块将接收到的光信号转化为电信号，完成高速串行数据到并行数据的转换。然后，将转换后的并行数据送入FPGA中，FPGA完成信号的解帧、解码，并进行后处理，该过程是发送端的逆过程。最后，经DA转换器将接收到的数据恢复成模拟信号。

  


图二：CME-C1在光传输领域的典型应用分析

安防监控(IP监控/智能视频)

智能视频分析技术是视频监控中非常重要的技术之一，它是在图像及图像描述之间建立关系，从而使计算机能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容，达到自动分析和抽取视频源中关键信息的目的。特别来说，在国家安全、公安和交通领域，基于智能视频分析技术的系统IVS(Intelligent Video System)对视频中异常行为事件进行实时提取和筛选，并及时发出预警，改变了传统视频监控系统中只能“监”不能“控”的被动状态，解决了事后取证难的问题，让监控变得更加主动。相比于传统视频监控系统，它有更加快速的反应时间和更加强大的数据检索和分析功能，使得监控能力得到极大的改善。同样由于视频监控中协议和接口种类繁多，基于CME-C1的智能视频系统产品的开发是一种高性价比的实现方案。

  


图三：CME-C1在智能视频系统产品中的应用分析

工业控制

无人机的飞控系统、数控领域都需要实现多轴电机控制。使用总线架构的主从电机控制方案适宜实现多轴的实时控制。主站快速查询从站，需要从站实时快速响应，从而获得高精度高稳定的控制。主站使用高性能CPU+C1架构，C1可以实现实时以太网功能以及连接各种外设接口;从站使用DSP/MCU+C1架构，C1对接主站的总线如实时以太网等，还可附加对接I/O卡等接收其它数据。

  


图四：CME-C1在无人机飞控系统中的应用分析

国防军工以及金融安全

国防军工以及金融领域都需要自主可控的国产化芯片。这些领域不可避免的需要自主知识产权的产品，避免被国外产品把握住命门。CME-C1的容量达2000万门级别，已经可以覆盖大部分中低端的应用需求，已经流片的C6容量更是C1的3倍以上，足以满足绝大多数的高速高容量的需要。

在雷达、电台、导弹、卫星、航天、加固机、加密通信等军用领域，云系列都可以满足需求替代国外的产品。在金融安全领域，加密卡以及安全支付都可以使用国产化的产品来满足自主可控的需要。

  


图五：CME-C在金融清分机中的应用分析