用Vivado IPI和賽靈思IP實(shí)現(xiàn)更快速的設(shè)計(jì)輸入

本文將介紹如何優(yōu)化賽靈思內(nèi)核以便在CPRI遠(yuǎn)程無線電頭端設(shè)計(jì)中使用Vivado IPI。

新型基于FPGA的設(shè)計(jì)使用IP核的數(shù)量和種類日趨繁多。Vivado®設(shè)計(jì)套件中的IP集成器 (IPI) 工具和賽靈思通信IP讓設(shè)計(jì)人員能夠更加輕松快速地將IP模塊連接在一起。

為了更好地闡明IPI方法的強(qiáng)大之處，我們以遠(yuǎn)程無線電頭端 (RRH) 為例。RRH位于天線附近，構(gòu)成蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的一部分。它們通常通過光纖連接至上游的基帶收發(fā)器站，并可以選擇性地連接到下游的更多RRH，從而構(gòu)成多跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖1)。

通用公共無線電接口 (CPRI) 協(xié)議普遍用來連接這些RRH。現(xiàn)在讓我們來構(gòu)建包含一個(gè)上行鏈路CPRI端口和三個(gè)下行鏈路CPRI端口且這些端口連接在一起的實(shí)例設(shè)計(jì)。我們可以利用IPI構(gòu)建出整個(gè)設(shè)計(jì)中的主體部分。然后我們選用Kintex®-7器件，因?yàn)樵撈骷邆涞凸?、低成本和高性能等?yōu)異特性，因此非常適合此實(shí)例設(shè)計(jì)。速度等級(jí)為-2的All Programmable 器件Kintex FPGA和Zynq®-7000 SoC中的GTX 收發(fā)器支持使用9.8Gbps CPRI線路速率。

圖2展示了我們?cè)贗PI中將要?jiǎng)?chuàng)建的內(nèi)容。我們可建立模塊設(shè)計(jì)，并從IP Catalog中實(shí)例化所需的IP。標(biāo)準(zhǔn)賽靈思IP Catalog中提供有CPRI內(nèi)核。該內(nèi)核經(jīng)過優(yōu)化，不僅可實(shí)現(xiàn)資源共享(可能情況下)，而且還能簡(jiǎn)化在IPI中的使用。交換機(jī)屬于自定義IP。

IP核資源共享

使用多個(gè)IP實(shí)例時(shí)客戶遇到的挑戰(zhàn)之一是如何高效共享資源。很多通信IP核都支持“共享邏輯”功能。對(duì)于CPRI內(nèi)核，我們可用內(nèi)核中的可共享邏輯資源配置IP，或者省略這些共享資源。如果共享資源包含在內(nèi)核之中，它們會(huì)提供必要的輸出以便讓我們將共享資源連接到不含這些邏輯的內(nèi)核。

有特殊要求的用戶可能希望在內(nèi)核中移除這些共享邏輯并實(shí)現(xiàn)自己的邏輯。在我們的實(shí)例設(shè)計(jì)中，我們將CPRI內(nèi)核的運(yùn)行速度配置為9.8Gbps。這該線路速率下，有必要使用LCtank振蕩器來提供收發(fā)器時(shí)鐘。Kintex-7器件中的收發(fā)器采用Quad布局，每個(gè)收發(fā)器Quad包含四個(gè)收發(fā)器通道和一個(gè)基于LC-tank的Quad鎖相環(huán) (QPLL)。所有內(nèi)核都有必要共享QPLL以及由上行鏈路時(shí)鐘信號(hào)生成的時(shí)鐘。圖3中給出了帶有定制共享邏輯的上行鏈路內(nèi)核上QPLL和時(shí)鐘輸出端口，該上行鏈路內(nèi)核的共享邏輯連接到將不含共享邏輯的下行鏈路CPRI內(nèi)核的相應(yīng)輸入端口。

CPRI內(nèi)核間的數(shù)據(jù)路由

我們還進(jìn)行了IQ交換機(jī)和以太網(wǎng)交換機(jī)的實(shí)例化，以便讓數(shù)據(jù)在內(nèi)核之間實(shí)現(xiàn)路由。

CPRI網(wǎng)絡(luò)中的控制和管理數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)子通道發(fā)送。憑借系統(tǒng)中的以太網(wǎng)交換機(jī)，可以遠(yuǎn)程發(fā)布固件升級(jí)或命令，并將其發(fā)送至任意節(jié)點(diǎn)。IP旨在使用盡量少的邏輯資源，因?yàn)檫@種情況沒必要使用功能齊全的以太網(wǎng)交換機(jī)。

IQ交換機(jī)能以確定的時(shí)延在CPRI內(nèi)核之間路由任何IQ樣本。多跳無線電系統(tǒng)的一個(gè)重要特性是可以準(zhǔn)確測(cè)量鏈路延遲，而且CPRI標(biāo)準(zhǔn)定義了一種能夠協(xié)助該測(cè)量的方法。

用IPI連接接口

IPI總線接口將定義好的一組邏輯端口映射到IP上的特定物理端口。如果我們盡可能地使用接口，就可以從連接很多信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B接少量接口。IP上的通用總線接口是符合ARM® AXI標(biāo)準(zhǔn)(例如AXI4-Lite和AXI4-Stream)的接口。這種抽象程度的提高使設(shè)計(jì)輸入更簡(jiǎn)單、更快速，而且使您能夠充分利用接口的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查功能。Vivado IP Packager允許您在IPI中使用自己的IP，并在自己的設(shè)計(jì)中利用這些接口。

IPI便于將接口連接在一起。只需點(diǎn)擊接口，IPI就會(huì)指示其可以連接至具體內(nèi)容。將連接線拖拽到所需的端點(diǎn)，就會(huì)建立起來連接。利用該方法，只需點(diǎn)擊幾次就可連接很多信號(hào)。

圖4顯示的以太網(wǎng)交換機(jī)提供若干AXI4-Stream接口，兩個(gè)GMII接口，以及一個(gè)AXI4-Lite接口。數(shù)據(jù)流接口能直接連接到CPRI內(nèi)核，這樣無需在CPRI內(nèi)核上進(jìn)行內(nèi)部緩沖。GMII接口能連接到以太網(wǎng)PHY，可供工程師在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試網(wǎng)絡(luò)問題。AXI4-Lite管理接口用來訪問地址表格映射及其它配置選項(xiàng)，例如地址表格老化間隔。

我們繼續(xù)以這種方式增強(qiáng)系統(tǒng)，在IPI中連接各個(gè)接口。您可以靈活地使用任何最適合的輸入方法。除了使用GUI連接接口外，還可以通過Tcl控制臺(tái)直接發(fā)命令，或者從腳本獲得命令。每次在GUI中做任何操作時(shí)，就會(huì)返回相應(yīng)的命令。

整個(gè)設(shè)計(jì)完成后，使用“write_bd_tcl”命令將整個(gè)設(shè)計(jì)導(dǎo)出。該命令創(chuàng)建一個(gè)可引用的Tcl文件，用以從頭創(chuàng)建整個(gè)模塊設(shè)計(jì)，或方便地作為腳本構(gòu)建流程中的一部分。設(shè)計(jì)中的所有IP都提供一個(gè)AXI4-Lite管理接口，以便讓內(nèi)核連接到主機(jī)處理器。IPI中內(nèi)置的智能功能可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連接。憑借這種機(jī)制，IPI就能識(shí)別出IP上的AXI4-Lite接口將連接到AXI總線互聯(lián)，并自動(dòng)配置合適的地址范圍，為我們連接到總線。然后，您可借助IPI將該總線連接到主機(jī)處理器。本案例中的主機(jī)處理器是MicroBlaze™，不過若使用Zynq SoC系列器件，就能方便地將主機(jī)處理器改為ARM CPU。

更多優(yōu)勢(shì)接踵而至

Vivado IPI功能正在快速增加，以后還將帶來更多優(yōu)勢(shì)。通過使用正確的IP，我們可以將整個(gè)子系統(tǒng)快速集成在一起，并從中受益。

如需了解有關(guān)CPRI、以太網(wǎng)交換機(jī)或IQ交換機(jī)IP方面的更多信息，請(qǐng)發(fā)送郵件至：permind@xilinx.com，與賽靈思無線通信部的Perminder Tumber 取得聯(lián)系。