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用于软件无线电(SDR)技术的FPGA

2020-03-24  工农子弟兵

并行处理

  • 用于DSP的硬件乘法器

  • 目前的FPGA可以拥有超过500个硬件乘法器

  • 灵活的存储架构:

  • 双端口RAM、fifo、移位寄存器、查找表等

  • 并行和流水线数据流

  • 脉动同步数据流

  • 灵活的I/O

  • 支持多种设备、总线和接口标准

  • 高速

  • 为特殊功能优化的IP核


像专用集成电路(ASIC)一样,FPGA中的所有逻辑单元也都可以并行执行,包括硬件乘法器,目前单个FPGA上有超过3500个乘法器。

这与可编程DSP形成了鲜明的对比,DSP通常只有少数几个乘法器,而且必须顺序执行。现在FPGA的存储器可以用设计工具来进行配置,为一些包括双端口RAM、FIFO、移位寄存器和其他常用内存类型的工作提供正确的结构。

这些存储器可以沿信号路径分布,也可以与乘法器和计算模块分布在一起,使得整个信号处理工作以流水线方式并行工作。

同样,这与可编程DSP中的顺序执行和从外部存储器获取数据有很大的不同。
正如我们前面所说过的,FPGA现在有专用的串行和并行接口,以满足高速外围设备和总线的要求。


FPGA给SDR应用搭建了桥梁



 

正如图里中间的圆圈所示,FPGAs已经在应用领域得到了广泛应用。FPGA利用并行硬件的优势来完成一些高密度处理功能(如DDC),利用可编程优势适应DSP的一些解码和分析功能。虽然这些优势以增加功耗和成本为代价,但是这些对于器件的性能来说往往是次要的。


上表显示了Pentek工厂安装IP核的SDR产品的显著特征。所有这些都可是Pentek的货架产品,在产品手册和目录中都可以找到。该表显示了输入通道数、A/D的最大采样频率和位数等信息,紧接着是DDC的特性,例如DDC信道的数量和抽取范围。

还包括每个核的详细信息,以及DUC、插值滤波器和输出D/A的模型的指标。如表所示,这些模型包含很多对波束形成和测向至关重要的特性。表中所有模型都是XMC模块,与所有Pentek SDR产品一样,这些型号也有PCI Express、VPX、AMC和CompactPCI格式。


FPGA资源对比





上述表格对比了4个赛灵思FPGA系列的可用资源,它们是已经在Pentek产品中使用过或使用最多的系列。Virtex-5 LX系列有最多的逻辑资源、千兆速率串行收发器和以太网媒体访问控制器,SX系列使用与LX系列相同的附加功能来加强DSP的性能。

Virtex-5系列有更低的功耗、更快的时钟速度和增强型逻辑片,它还对时钟进行了改进,可以支持更快的存储速度和千兆通信接口,还支持速率更高的单端和差分并行I/O总线来支持速率更高的外围设备。

Virtex-6和Virtex-7系列拥有更高的密度、更强大的处理能力、更低的功耗和能够匹配最新技术I/O需求的接口功能,比如PCI Express。Virtex-6支持PCIe 2.0,Virtex-7支持PCIe 3.0。

丰富的DSP片负责Virtex-6和Virtex-7系列的主要处理能力。工作速度从V-5中的550MHz增加到V-6中的600MHz,再增加到V-7中的900MHz,并且密度不断增加,相同的封装尺寸可以容纳更多的DSP片。从表中可以看出,Virtex-6有1344片DSP,而Virtex-7有多达3600片DSP。

Kintex UltraScale系列的功能比Virtex-6和Virtex-7更强大,且功耗更低。Kintex系列支持PCIe 二代和三代,峰值速度为8GB/s。Pentek将KU035作为标准配置,而KU060和KU115作为可选配置。KU115有5520片DSP,这足以满足信号处理的需求。

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