基于LC1860 SDR平臺的波形設計和優化

屠新雅

【摘 要】LC1860平臺芯片作為國產化芯片的代表，其架構和配置與目前移動通信領域主流的2G＼3G＼4G標準具有綁定關系，因而該芯片在通用性方面具有一定的限制。本文從該芯片的架構和軟件模塊部署出發，針對該平臺通信處理單元的數據處理性能、存儲空間和硬件資源等方面進行研究，并提供物理層算法實現的優化方案，為其他通用波形的設計和實現提供依據。

【關鍵詞】LC1860平臺；通用性；數據處理性能；波形設計

0 前言

LC1860平臺芯片是大唐聯芯科技有限公司研制的一款通信處理芯片。該芯片在設計之初是基于目前民用通信領域流行的2G、3G、4G標準，因而其基帶和射頻的配置、數字信號處理資源均與2G、3G、4G標準存在綁定關系，從而造成該芯片在通用性方面具有一定的限制。近年來隨著各領域國產化需求的不斷提高，該芯片的使用場景不再僅限于原有的2G、3G、4G標準，更擴展到某些特定應用場景下的波形。因而在該平臺進行其他物理波形的設計和移植之前，必須對該平臺的處理性能、驅動配置等方面進行充分研究。本文從該芯片的架構出發，針對該平臺通信處理單元的數據處理性能、存儲空間和硬件資源等方面進行充分研究，并提出物理層算法實現的優化方案，為其他通信系統的設計和實現提供依據。

1 LC1860平臺概述和軟件部署

LC1860芯片整體分為 AP、CP和頂層3個部分，其中CP為通信處理單元。CP端包含3個核心，即CP_A7、X1643和XC4210等。由于X1643具有低功耗和高密度軟件的特點，同時可訪問RF等其他子系統及其存儲空間，因而可用于收發流程控制和各類外設驅動；而XC4210含有較多的片內存儲資源，同時集成了矢量運算單元和8個硬加速器模塊，適合用于各類數學運算和通信信號處理。基于以上特點，通信信號處理軟件模塊部署可按照圖1的方式。

按照以上部署，XC4210核心將承擔大量數據流交互和運算工作，因而設計過程中對于該核心的存儲訪問速度和運算效率具有較高的要求。根據芯片使用手冊，XC4210不僅可以直接訪問核心內存儲子系統的存儲空間（TCM），還可通過總線等訪問核心外的DDR空間和核心間的共享RAM空間（SHARERAM）。

2 XC4210性能研究

2.1 存儲訪問速度

XC4210對于核內存儲空間可直接訪問，而核外空間則需要通過總線進行訪問，因此XC4210訪問核內存儲空間的速度明顯優于片外空間。對于各存儲空間的訪問延遲和空間如表1所示。

2.2 標量運算速度

由于訪問延遲存在差異，系統對于不同存儲空間的變量處理速度必然存在差距。以固定次數的單種運算所需的時間作為評估標準，同時選擇TI公司的C64x+系列DSP芯片作為參照系，對XC4210芯片的不同存儲空間的處理速度進行分析，評估結果如表2所示。

根據對比測試結果，可以得出以下結論：

1）變量的存儲位置對于XC4210運算效率有顯著的影響，其中，存儲于DTCM最快，SHARERAM其次， DRAM最慢（每兩種運算之間的運行時間呈2～4倍關系）。因此，XC4210的運算數據存放在片上的DTCM空間時運算速度最快。

2）當指令和數據都存儲于片內的TCM空間時，XC4210的標量運算速度比DM6446慢60%，因此XC4210的標量運算速度低于同等級別的TI芯片。

2.3 矢量運算速度

XC4210核心包含2個矢量運算單元，該單元采用并行運算操作的方式來提升總體的運算速度。每條指令都可以支持處理16個16bit數（或者8個32bit數）的操作。運算操作包含載入、載出、加、減、乘、除等，可以利用該矢量單元實現相關、頻偏估計等眾多的向量類運算。

采用標量和矢量兩種方式實現多種數據點數M和相關長度N的卷積計算（卷積計算中包含（N-1）*M次加法和N*M次復數乘法），比較二者的運算時間（-o3優化）如下表所示。通過比較可以發現：矢量運算在數據流處理中可以將運算時間降低至原來的1/10。

3 物理層算法優化方案

傳統的信號處理流程包含收發兩個子流程。發送流程包括編碼、交織、擴頻、調制等過程；接收流程包括頻偏校正、均衡、解交織、解交織、譯碼等過程。每個過程的運算處理時間決定了信息處理速度，因而在實現過程中應在保證系統正常運行的基礎上，充分利用核心資源，提高算法處理效率。

依據對XC4210核心內資源的評估結論，在算法實現過程中，針對不同的處理模塊可選擇以下三種優化方式：

1）對于使用過于頻繁的操作選擇片內空間處理使用；

2）可并行處理的操作采用矢量處理方式；

3）采用硬件加速器，實現FFT/IFFT/NCO和TURBO譯碼。

通過這三種優化方式對收發流程中的各個關鍵模塊進行優化，信號處理的效率可顯著提高。信息原長度固定為32768時，各模塊優化前后的處理時間如表4所示。

【參考文獻】

[1]張磊.LC1860平臺芯片在無人機中的應用[J].中國集成電路，2016.10（209）18-20.

[責任編輯：朱麗娜]endprint