SRIO在某無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

萬 毅，袁議玲

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶400030）

1 引言

在實(shí)現(xiàn)的通信系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可達(dá)300Mb/s。DSP實(shí)現(xiàn)部分信號處理功能，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)編碼后送給 FPGA；DSP與 FPGA之間最大凈荷傳輸在300MBps以上。在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，CPU和FPGA間的高速通信是通過并行共享總線的方式進(jìn)行的，即所有的設(shè)備通信時需要競爭帶寬，這使得整體的性能難以提升。同時并行總線需要大量的IO引腳和饋線，這要求系統(tǒng)的電器及機(jī)械性能足夠健壯，而電路板的設(shè)計也非常復(fù)雜。當(dāng)前比較流行的體系結(jié)構(gòu)是基于點(diǎn)對點(diǎn)的串行交換體系結(jié)構(gòu)，其中SRIO（Serial RapidIO）是應(yīng)用較廣泛的串行交換結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用Xilinx公司的K7系列FPGA,利用其內(nèi)嵌的高速串行通信接口GTX實(shí)現(xiàn)SRIO協(xié)議。以下先對SRIO協(xié)議作簡單介紹，再對SRIO接口設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 SRIO簡介

SRIO是一種高速、串行的通信方式，廣泛應(yīng)用于嵌入式的基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用中。常見的應(yīng)用包括多處理器互連、存儲器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的存儲器映射、存儲子系統(tǒng)和通用計算平臺。這種互聯(lián)技術(shù)主要用來進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)，支持板間通信和芯片間的通信，能夠完成1Gb/s～25Gb/s的性能水平提升。

RapidIO包含了一個三層結(jié)構(gòu)的協(xié)議，即邏輯層、傳輸層和物理層。邏輯層位于最高層，規(guī)定了包格式和所有的協(xié)議，為端點(diǎn)器件發(fā)起、完成事務(wù)提供了必要的信息；傳輸層位于第二層，規(guī)定了RapidIO的地址空間和在端點(diǎn)器件間傳輸包所需要的路由信息；物理層位于最底層，包括器件級接口的細(xì)節(jié)，如電氣特性、鏈路控制、低級錯誤管理、低層流控制數(shù)據(jù)等[1]。

RapidIO的通信架構(gòu)見圖1。包是端點(diǎn)器件之間的基本通信單元。RapidIO的數(shù)據(jù)傳輸基于請求和響應(yīng)事務(wù)，發(fā)起器件或者主控器件產(chǎn)生一個請求發(fā)送到目標(biāo)器件，目標(biāo)器件收到請求后產(chǎn)生一個響應(yīng)事務(wù)，并返回到發(fā)起器件以完成該次操作。

圖1 RapidIO通信架構(gòu)

在K7160T中有兩個bank,每個bank包含了8個GTX（高速串行通信接口），可將其視作RapidIO的物理層，通過GTX可以實(shí)現(xiàn)RapidIO協(xié)議以傳輸數(shù)據(jù)。GTX可以支持從600Mb/s到6.25Gb/s的傳輸速度，支持包括RapidIO協(xié)議在內(nèi)的大多數(shù)協(xié)議。

在DSPTMS320C6670中，RapidIO也被稱之為SRIO。DSP中的SRIO模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。SRIO是DSP的外設(shè)，它可以使用DSP的DMA直接將數(shù)據(jù)傳入DSP，這樣就可以不用通知CPU，使CPU不會被頻繁中斷，從而也減少了延時[2]。

SRIO協(xié)議可支持的最大數(shù)據(jù)包為256字節(jié),如果傳輸多個數(shù)據(jù)，可將其分成多包進(jìn)行傳輸。在此設(shè)計中，SRIO一次可傳輸399872個字節(jié)的數(shù)據(jù)，將其分為1562個包傳輸，加上一個控制數(shù)據(jù)包，共計傳輸1563個數(shù)據(jù)包，然后往DSP發(fā)送一個Doorbell，通知DSP一幀數(shù)據(jù)傳輸完畢[3-5]。

圖2 SRIO在DSP中的架構(gòu)

SRIO支持多種數(shù)據(jù)包類型，有讀(NREAD)、寫(NWRITE)、響應(yīng)寫(NWRITE_R)、流寫(SWRITE)、門鈴(Doorbell)、消息(Message)等。在本設(shè)計中，用到了流寫(SWRITE)、讀(NREAD)、門鈴(Doorbell)三種操作類型。

3 SRIO接口實(shí)現(xiàn)

SRIO接口實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)框圖如圖3所示。在發(fā)端，業(yè)務(wù)通過SGMII接口進(jìn)入DSP，對數(shù)據(jù)進(jìn)行比特級信號處理，包括擾碼、解擾、CRC校驗(yàn)、Turbo編碼譯碼以及速率匹配等。處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)由SRIO進(jìn)入FPGA內(nèi)部，進(jìn)行符號級信號處理，包括組幀、查分編碼、成型濾波等，然后由DA發(fā)送出去。

在收端，經(jīng)由AD接收的數(shù)據(jù)，經(jīng)過符號級信號處理，包括AGC、信道濾波、同步檢測、匹配濾波、解調(diào)以及均衡后，經(jīng)SRIO發(fā)送到DSP，在DSP內(nèi)再經(jīng)過速率匹配、Turbo譯碼、CRC校驗(yàn)以及解擾發(fā)回PC機(jī)，完成整個業(yè)務(wù)流程[6]。

在此設(shè)計中，F(xiàn)PGA與DSP的SRIO通信時，F(xiàn)PGA處于主動。發(fā)送方向?yàn)椋荷想姇r，DSP往FPGA發(fā)送一個Doorbell，告訴FPGA寫數(shù)據(jù)包的地址，在FPGA收到一幀數(shù)據(jù)后，如果AXI4總線檢測無沖突，則FPGA通過SRIO往DSP發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，再發(fā)送一個Doorbell給DSP告訴一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。整體流程如圖4所示。

在接收方向，每1ms，F(xiàn)PGA會往DSP發(fā)送一個Doorbell[7-8]，告訴DSP此時FPGA需要數(shù)據(jù)，DSP通過NWRITE寫給FPGA一個包，告訴FPGA取數(shù)據(jù)包的地址，然后FPGA通過NREAD去讀一幀數(shù)據(jù)，發(fā)送給信號處理模塊，其流程如圖5所示。

圖3 系統(tǒng)框圖

圖4 FPGA中SRIO發(fā)送狀態(tài)機(jī)示意圖

圖5 FPGA中SRIO接收狀態(tài)機(jī)示意圖

其中讀地址在5個地址中隨機(jī)變化，因此需要在讀取數(shù)據(jù)時，由DSP臨時通知。讀寫地址情況如表1所示。

表1 DSP中讀寫數(shù)據(jù)存儲地址

4 系統(tǒng)測試

在測試中，使兩套設(shè)備互連，射頻用饋線連接，分別做300M、150M、64M、32M的帶寬切換，傳輸帶寬、質(zhì)量以及靈敏度滿足要求，詳細(xì)測試數(shù)據(jù)如表2所示。

在實(shí)測中，最大帶寬可達(dá)310M，符合設(shè)計要求，如圖6所示。

表2 系統(tǒng)測試結(jié)果

圖6 最大帶寬傳輸測試數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

經(jīng)過設(shè)計，本系統(tǒng)最大帶寬需求為300Mb/s，而測試中實(shí)際最大帶寬已達(dá)310Mb/s，因此將SRIO應(yīng)用于此通信系統(tǒng)，完全滿足系統(tǒng)吞吐量的要求。設(shè)計中使用的2.5GX4的設(shè)計，實(shí)際最大數(shù)據(jù)傳輸速率不到4G，SRIO傳輸還有較大空閑，可適應(yīng)以后更大帶寬、更大通信速率的需求。