串行RapidIO在WiMAX基站系統(tǒng)中的應用

　　引言

　　隨著以TD-SCDMA、WCDMA為代表的3G移動通信全面進入商用部署，LTE標準基本完成，華為、愛立信成功實現(xiàn)LTE標準的現(xiàn)場演示，以IEEE802.16(WiMAX) 為標準的下一代移動通信技術、標準與系統(tǒng)的研發(fā)也已經(jīng)開始。

　　WiMAX(微波存取全球互通技術)和傳統(tǒng)的TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000幾個3G標準相比，WiMAX的最大傳輸半徑達到了50公里上下，接近前者的兩倍。而在傳輸速度上，WiMAX也讓其他3G標準望塵莫及。在10公里范圍內(nèi)，WiMAX網(wǎng)絡的速率可以達到 75Mbit/s。另外，WiMAX等無線通信系統(tǒng)要支持大量的寬帶用戶和極高的空中接口速率，使用MIMO、OFDM等復雜的通信信號處理算法，具有動態(tài)可重配置、計算資源動態(tài)調(diào)度能功能，對基站的計算處理和互連提出了極高的要求。這種高性能的無線通信系統(tǒng)在實現(xiàn)上有很大困難和挑戰(zhàn)。典型的無線基站系統(tǒng)由CPU、DSP和FPGA構成。隨著CPU、DSP和FPGA等處理器的性能得到較大提升，提高連接這些高性能器件的總線性能成為提升系統(tǒng)性能的關鍵。本文提出的基于串行RapidIO的無線基站系統(tǒng)解決了這一問題，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)10Gbit/s的傳輸速度，適用WiMAX等新型的無線基站系統(tǒng)。

　　處理器選擇

　　系統(tǒng)的實時處理能力主要取決于單個處理器的計算能力、存儲結構配置和互連拓撲結構。現(xiàn)在應用到嵌入式系統(tǒng)的主流處理器是GPP/RISC、DSP 和FPGA。為了選擇最佳處理器，需要從計算能力、易編程性、功耗、有效帶寬和完整定義的接口等因素綜合考慮。因此筆者選用以MPC8548、TMS320C6455為主處理器和Xilinx FPGA V5LX110為從處理器的系統(tǒng)架構。

　　MPC8548處理器使用e500v2內(nèi)核，最高速率1.5GHz，集成L1/L2兩級緩存，并集成了串行RapidIO和PCI Express高速互連接口，支持4x串行RapidIO。適用于傳輸千兆以上赫茲的通訊處理性能和高度集成和高速連接的高級功能。

　　TMS320C6455 是TI公司的一款具有高計算速度、低功耗的芯片。C6455的處理速度為9600MIPS。考慮到接口的實用性和帶寬，C6455集成了一個4通道串行RapidIO(SRIO)，此接口具有25Gbit/s的吞吐量。TMS320CC6455 的外圍總線還包括:兩個多路緩沖串口總線(McBSPs), 一個10/100/1000M以太網(wǎng)媒體訪問控制器(EMAC),一個無縫外部存儲器接口(64bit EMIFA),一個32 位DDR2 SDRAM接口等。豐富的外圍總線使得基于C6455的設計靈活，支持強大的存儲容量和高速的數(shù)據(jù)傳送，適用于3G、WiMAX等基站系統(tǒng)設計。

　　串行RapidIO特性

　　基于TMS320C645x的RapidIO接口叫做SRIO(串行RapidIO)。SRIO有以下特點：引腳少;功耗低;SRIO協(xié)議棧簡單，軟件開銷很小;數(shù)據(jù)寬度和速度可調(diào)具備DMA和消息傳遞功能;支持復雜可調(diào)整的拓撲結構;支持多點傳送;可靠性高，可提供服務質(zhì)量保證。

　　SRIO以上特點在實時信號處理系統(tǒng)中具有很大的應用前景。SRIO支持1x和4x模式。1x模式支持一個通道，運行速率有1.125Gbaud、2.5Gbaud、3.125Gbaud。4x模式支持4通道SRIO鏈路可以提供 10Gbit/s 的流量，且保證數(shù)據(jù)完整性。因為SRIO包處理是通過硬件實現(xiàn)的，這就意味著可大幅削減 I/O 處理方面的額外開銷，降低延遲并增加系統(tǒng)帶寬。但與多數(shù)總線接口不同，SRIO接口的引腳數(shù)較少，帶寬在鏈路為3.125baud的基礎上可繼續(xù)擴展。

　　串行RapidIO 協(xié)議是一個點對點的包交換協(xié)議,由包和控制符號組成。SRIO有物理層、運輸層和邏輯層3層結構。邏輯層定義總體的協(xié)議和分組格式;運輸層為RapidIO 數(shù)據(jù)包提供了路由和尋址的功能;物理層負責描述器件的接口規(guī)范。結構的層次劃分保證了任意層增加新的事務類型無需改變其他層規(guī)范,有助于設計的靈活性和更好的前后兼容性。圖1說明了SRIO協(xié)議的分層機構。