基于京微雅格CME-C1的典型應(yīng)用介紹

　　CME-C1是京微雅格新近推出的高性能大容量“云”系列首顆產(chǎn)品，邏輯容量折合2000萬門級。CME-C1采用TSMC 40nm先進(jìn)工藝，采用全新的6輸入查找表架構(gòu)，獨(dú)創(chuàng)36x18的DSP單元，內(nèi)嵌大容量每塊18K位ram，高速串行接口可達(dá)6.5Gbps，通用差分I/O可達(dá)1.3Gbps，同時還內(nèi)置硬核PCIe支持5G速率Gen2、DDR3/2控制器以及PHY讀寫速率可達(dá)1333Mbps，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平。

　　CME-C1緊跟當(dāng)前市場的需要，定位于無線通信、有線網(wǎng)、電力保護(hù)、工業(yè)控制(機(jī)器人)、圖像處理(安防，無線圖傳)、金融安全、數(shù)據(jù)保護(hù)、云計算以及國防軍工等應(yīng)用領(lǐng)域。本文就通過CME-C1在無線通信、有線網(wǎng)、安防監(jiān)控、工業(yè)控制、國防軍工以及金融安全等領(lǐng)域的典型應(yīng)用做了分析。

　　無線通信

　　無線通信領(lǐng)域宏基站、微基站以及軟件無線電等應(yīng)用，都需要使用到FPGA實(shí)現(xiàn)頻率合成、濾波、數(shù)字上下變頻、編解碼、以及通信協(xié)議等功能。CME-C1獨(dú)有的 DSP架構(gòu)，每個單元支持36*18的乘法運(yùn)算，帶有預(yù)加法器與后加法器，能做56位的加法運(yùn)算，十分適合濾波器以及FFT運(yùn)算。此外，CME-C1還有硬核SERDES，能支持各種高速通信協(xié)議如CPRI，RapidI/O，PCIe，Gigabit Ethernet，OC48等。

　　圖一：CME-C1在無線通信領(lǐng)域的典型應(yīng)用分析

　　有線網(wǎng)

　　企業(yè)級以及骨干級路由器、交換機(jī)，需要使用高性能FPGA對報文做處理，調(diào)度、切分、緩存等功能，這就需要能支持更多輸入級的組合邏輯以及快速訪問內(nèi)部ram的FPGA。CME-C1支持高達(dá)600Mhz頻率訪問內(nèi)部ram，先進(jìn)的6輸入查找表架構(gòu)有效的減少了組合邏輯級數(shù)以達(dá)到更高速率的邏輯需求，同時內(nèi)置的硬核PCIe支持×4的Gen2標(biāo)準(zhǔn)，可以方便的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)。

　　在光傳輸領(lǐng)域，通常要對多路寬帶信號進(jìn)行實(shí)時采集、處理和傳輸。FPGA具有時鐘頻率高、速度快、采集實(shí)時性高、控制靈活等特點(diǎn)，與A/D轉(zhuǎn)換器等外圍電路結(jié)合，更適于高速數(shù)字信號處理。在發(fā)送端，先將外部輸入的模擬信號進(jìn)行預(yù)處理，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入FPGA進(jìn)行處理。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸以及通信協(xié)議的要求，F(xiàn)PGA將預(yù)處理后的A/D數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、成幀。然后由FPGA內(nèi)部的IP核進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，最后由光收發(fā)模塊完成電光轉(zhuǎn)換后，通過光纖發(fā)送出去。在接收端，光收發(fā)器模塊將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，完成高速串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。然后，將轉(zhuǎn)換后的并行數(shù)據(jù)送入FPGA中，F(xiàn)PGA完成信號的解幀、解碼，并進(jìn)行后處理，該過程是發(fā)送端的逆過程。最后，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成模擬信號。

　　圖二：CME-C1在光傳輸領(lǐng)域的典型應(yīng)用分析

　　安防監(jiān)控(IP監(jiān)控/智能視頻)

　　智能視頻分析技術(shù)是視頻監(jiān)控中非常重要的技術(shù)之一，它是在圖像及圖像描述之間建立關(guān)系，從而使計算機(jī)能夠通過數(shù)字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內(nèi)容，達(dá)到自動分析和抽取視頻源中關(guān)鍵信息的目的。特別來說，在國家安全、公安和交通領(lǐng)域，基于智能視頻分析技術(shù)的系統(tǒng)IVS(Intelligent Video System)對視頻中異常行為事件進(jìn)行實(shí)時提取和篩選，并及時發(fā)出預(yù)警，改變了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中只能“監(jiān)”不能“控”的被動狀態(tài)，解決了事后取證難的問題，讓監(jiān)控變得更加主動。相比于傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它有更加快速的反應(yīng)時間和更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)檢索和分析功能，使得監(jiān)控能力得到極大的改善。同樣由于視頻監(jiān)控中協(xié)議和接口種類繁多，基于CME-C1的智能視頻系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)是一種高性價比的實(shí)現(xiàn)方案。

　　圖三：CME-C1在智能視頻系統(tǒng)產(chǎn)品中的應(yīng)用分析

　　工業(yè)控制

　　無人機(jī)的飛控系統(tǒng)、數(shù)控領(lǐng)域都需要實(shí)現(xiàn)多軸電機(jī)控制。使用總線架構(gòu)的主從電機(jī)控制方案適宜實(shí)現(xiàn)多軸的實(shí)時控制。主站快速查詢從站，需要從站實(shí)時快速響應(yīng)，從而獲得高精度高穩(wěn)定的控制。主站使用高性能CPU+C1架構(gòu)，C1可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時以太網(wǎng)功能以及連接各種外設(shè)接口;從站使用DSP/MCU+C1架構(gòu)，C1對接主站的總線如實(shí)時以太網(wǎng)等，還可附加對接I/O卡等接收其它數(shù)據(jù)。

　　圖四：CME-C1在無人機(jī)飛控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

　　國防軍工以及金融安全

　　國防軍工以及金融領(lǐng)域都需要自主可控的國產(chǎn)化芯片。這些領(lǐng)域不可避免的需要自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，避免被國外產(chǎn)品把握住命門。CME-C1的容量達(dá)2000萬門級別，已經(jīng)可以覆蓋大部分中低端的應(yīng)用需求，已經(jīng)流片的C6容量更是C1的3倍以上，足以滿足絕大多數(shù)的高速高容量的需要。

　　在雷達(dá)、電臺、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天、加固機(jī)、加密通信等軍用領(lǐng)域，云系列都可以滿足需求替代國外的產(chǎn)品。在金融安全領(lǐng)域，加密卡以及安全支付都可以使用國產(chǎn)化的產(chǎn)品來滿足自主可控的需要。

　　圖五：CME-C在金融清分機(jī)中的應(yīng)用分析