FPGA在TD-SCDMA通用開發(fā)平臺中的應(yīng)用

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)場可編程器件正以空前規(guī)模和速度滲透到各行各業(yè)，為各行業(yè)的電子系統(tǒng)設(shè)計工程師自行開發(fā)本行業(yè)專用的ASIC提供了技術(shù)和物質(zhì)條件。FPGA器件作為當(dāng)今電子設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的可編程器件之一，它的高集成度、可現(xiàn)場修改、開發(fā)周期短等優(yōu)點滿足了從軍用到民用、從高端到低端的大多數(shù)電子設(shè)計領(lǐng)域的需求。而TD-SCDMA作為我國提出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準，已經(jīng)走過了十幾個春秋，協(xié)議棧軟件、物理層軟件、手機芯片和移動終端等相關(guān)產(chǎn)品都日益成熟；隨著3G牌照發(fā)放日期的臨近，TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)鏈上的各種產(chǎn)品的研發(fā)都進入了最后的沖刺階段。由于TD-SCDMA標(biāo)準中對各種產(chǎn)品的性能都有著嚴格的規(guī)定，因而產(chǎn)品的測試和驗證就顯得尤為重要。本文介紹一種TD-SCDMA通用開發(fā)平臺，能夠?qū)﹂_發(fā)中的產(chǎn)品進行測試驗證；FPGA由于其各方面優(yōu)異的性能成為平臺的重要組成部分。

1FPGA簡介

FPGA(FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程門陣列)是在PAL，GAL，sEPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

目前FPGA的品種很多，有Xilinx公司的Spantan，Vertex系列；A1tera公司的FIEX系列；Actel公司的ProASIC系列以及TI公司的TPC系列等。本文以Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列器件為例介紹FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由圖1中可以看出，此系列的FPGA總體上由5大模塊組成。

可編程邏輯模塊(CLB)：由4個相同的Slice和附加邏輯電路構(gòu)成，用于實現(xiàn)組合邏輯和復(fù)雜時序邏輯。

塊存儲器(BlockRAM)：單位容量是18Kb；每一個BlockRAM均可配置為單端口或雙端口RAM；利用CoreGenerator，還可將BlockRAM資源配置為雙端口FIFO。

可編程輸入/輸出模塊(IOB)：提供FPGA內(nèi)部邏輯與器件封裝管腳之間的接口，輸入/輸出速率可達840MHz。

數(shù)字時鐘管理器(DCM)：可以消除時鐘的延遲、頻率的合成、時鐘相位的調(diào)整，輸入頻率范圍為24～420MHz。

乘法器：有符號乘法運算速率可達到140MHz的18位×18位的二進制乘法器，利用這些乘法器進行讀取/相乘/累加的多次迭代操作，可實現(xiàn)高速和高效的DSP濾波器結(jié)構(gòu)。

由于FPGA性能的不斷提高，它在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在移動通信領(lǐng)域積累了很多的成功經(jīng)驗，因而，在一種基于“軟件無線電”技術(shù)TD-SCDMA通用開發(fā)平臺中，選擇使用FPGA來拓展平臺的使用范圍，并為平臺以后的性能提升留下空間。

2基于“軟件無線電”技術(shù)的TD-SCDMA通用開發(fā)平臺

軟件無線電技術(shù)的基本原理就是將寬帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近天線，從而以軟件方式來代替硬件實施信號處理。采用軟件無線電的優(yōu)越性在于基于同樣的硬件環(huán)境，采用不同的軟件就可以實現(xiàn)不同的功能。這一點和可編程邏輯器件有著異曲同工之處，因此，可編程邏輯器件在軟件無線電中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

TD-SCDMA標(biāo)準要求軟件無線電完成接收信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)解調(diào)、濾波、基帶信號處理等任務(wù)，其中包括了聯(lián)合檢測、Viterbi譯碼、Turbo譯碼等復(fù)雜的算法，這些任務(wù)無一不涉及到巨大的運算量。以目前的硬件處理速度來看，僅靠DSP來完成上述功能是不可能的。因而在應(yīng)用中，一般由FPGA來完成需要快速和較為固定的運算，由DSP來完成靈活多變和運算量較大的任務(wù)�；�于以上分析，設(shè)計了以DSP+FPGA為信號處理核心的基于“軟件無線電”技術(shù)的TD-SCD-MA通用開發(fā)平臺。該平臺以RF器件、A/D器件、大容量FPGA、高速DSP、高性能ARM為基礎(chǔ)，以軟件為核心，既兼顧速度和靈活性，又具有較強的通用性，支持在同一種標(biāo)準增強版本之間的移植，并能夠支持完全不同的標(biāo)準，有助于系統(tǒng)的升級和多模運行。

開發(fā)平臺中的OMAP1612(ARM926EJS+DSP5510)芯片是TI推出的適合第三代移動通信的雙核多媒體應(yīng)用平臺，其DSP的CPU主時鐘工作在160MHz或200MHz，具有高達400MIPS的處理能力。FPGA芯片采用Xilinx公司的200萬門Virtex-Ⅱ系列器件XC2V2000，它采用0．15μm工藝設(shè)計，具有8層金屬工藝；其內(nèi)部時鐘頻率可達到420MHz，輸入/輸出速率可達840MHz。負責(zé)A/D，D/A處理的芯片采用Maxim公司的MAX19700，該芯片工作時鐘為5．12MHz，提供了雙10b，7．5MSPS的Rx(ADC)，Tx(DAC)通路。

作者：鄧華陽 李彬 來源：電子設(shè)計工程