基于DSP+FPGA的软件无线电平台的设计（1）

软件无线电的中心思想构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将通信的各种功能通过软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。由于软件无线电可以通过增加软件模块来增加
新的功能，而且硬件也可以随着器件的发展而不断地升级，
所以这一概念一经
提出就受到了广泛的关注。系统结构设计目前受器件的限制，软件无线电一般都采用中频采样的结构，这样做既兼顾了软件无线电的思想，又能在目前的器件水平下搭建实际可应用的系统。本文的软件无线电平台也采用了这一结构。随着无线通信系统的发展都在朝着高速率、可移动性方向发展，因此本平台的设计也必然要适应宽带无线通信系统的要求。平台结构平台主要针对系统物理层中的中频和基带处理单元而设计。系统的结构如图1所示。平台由一个DSP（TMS320C6414T）、两片FPGA（Cyclone EP1C6Q240C8）、上变频芯片DUC（AD9857）、下变频芯片DDC（HSP50214B）等构成。498)this.w
idth=498;' onmousewheel = 'javascript:return big(this)' border="0" alt="" width="350" height="190" src="http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110706/1025370.jpg" />图1 平台结构图根据信号处理模块和各芯片数据处理的特点，我们将各通信模块分配到不同的器件中来完成。DSP的主频很高，而且内部资源
丰富，支持
高级语言的编程，适合于串行的算法，用来完成协议和基带处理；FPGA配置灵活多变，虽然主频不太高，
但是鉴于其并行处理能力突出，用于完成时钟分配、芯片设置、接口转换等；AD9857和HSP50214B是用于上下变频的ASIC，集成程度高，参数设置灵活，可以满足多模式的数字上下变频，数据速率变换和滤波。下面简要介绍一下平台上器件的性能。器件介绍DSP平台选用的DSP芯片是TI公司的TMS320C6416T芯片。该处理器属于32位定点处理器，主频1GHz，内部集成丰富的
外设和接口。在指令结构上，扩展了寻址指令、位域指令、打包解包、控制转移等指令，增强了芯片的处理能力。在计算2048点的复数FFT运算时，可以在大约26 000个时钟周期内完成。6416T主要包含的模块有：1）两个通用寄存器组，64个32位通用寄存器；2）8个功能单元，6个ALU（32/40b），两个乘法器（16×16）；3）一共8.256Mb的两级缓存内部存储；此外，还有图1中没有列出的Viterbi编解码协处理器（VCP）和Turbo码编解码协处理器（TCP）。VCP支持500路7.95Kb/s AMR，TCP可以处理6路2Mb/s 3GPP。接口方面包括：1）多通道EDMA控制器；2）多通道缓冲串口（MCBSP）；3）高性能外部存储器接口（EMIF）；4）可访问DSP的整个存储空间的主机口（HPI）；这里不在一一列举。上变频芯片AD9857AD9857是一款高性能的数字上变频器，最高时钟为200MHz，根据外时钟的范围，可以选择0～80MHz的任意中频输出；芯片还具有两级内插功能，可以实现4倍固定内插和2～64倍可选内插倍数，便于多数据速率变换；14b的DAC。A/D变换器AD9051ADC选用ADI公司的AD9051，最高采样速率达到60MSPS，10b输出，对于中心频率较低的中频信号可以进行直接采样，中频值较高的则运用带通采样方式。下变频芯片HSP50214BHSP50214B是专用数字下变频芯片中综合性能最好的，除数字下变频外还具有最高255阶可编程FIR滤波器，0～96dB动态范围的 AGC自动增益控制，数据速率变换包括4～32倍CIC抽取和5级HB抽取，以及FIR1-16倍抽取，坐标转换，鉴频等功能，而且具有四种输出形式，接口灵活。FPGA由于平台上的中频处理由ASIC完成，所以FPGA选用了CycloneⅡ EP1C6Q240C8，这是一款低
端的FPGA芯片，逻辑单元只有6000门，主要用来完成时钟分配，接口转换，ASIC控制字配置，以及作为DSP的协处理器的补充。软件无线电平台较好的整合了DSP、ASIC和FPGA，兼顾了系统的通用性和
复杂度，ASIC的应用减少了系统配制时的软件设计复杂度。更多有关软件无线电平台设计的内容请读者阅读：基于DSP+FPGA的软件无线电平台的设计（2）