基于Xilinx Zynq SoC的解決方案

基于XilinxZynqSoC的解決方案在移動(dòng)互聯(lián)、智能終端的高速發(fā)展和普及下，網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)和盲點(diǎn)急需靈活的方案來(lái)完善覆蓋。由于基站選址和工程施工難度越來(lái)越大，施工成本越來(lái)越高，基站設(shè)備的集成化、小型化、低功耗、低成本、可控性和智能化將是主流趨勢(shì)。對(duì)此一系列小型化基站設(shè)備和技術(shù)Small-Cell（小型基站）誕生。Small-Cell源于最初為家庭設(shè)計(jì)的Femto-Cell技術(shù)，現(xiàn)今延伸到企業(yè)Pico-Cell、城市Metro-Cell、和現(xiàn)代Micro-Cell。為什么選用Small-Cell，因?yàn)樗梢詰?yīng)用于不同的地形環(huán)境，可以用于家庭，也可用于企業(yè)。也提供更好的覆蓋（10米到200米的范圍）,容量，可以用來(lái)補(bǔ)盲宏基站信號(hào)微弱的區(qū)域，且更易部署和調(diào)度。越來(lái)越多的人希望在任何地方使用移動(dòng)手機(jī)，這使得移動(dòng)數(shù)據(jù)更多的是應(yīng)用在室內(nèi)并在逐步增長(zhǎng)，而Macro-Ccell在室內(nèi)的覆蓋很差，但Small-Cell覆蓋效果則更好。SmallCell和MacroCell相比，租金費(fèi)用、維護(hù)和供電費(fèi)用更低，所以，它擁有更低的運(yùn)營(yíng)成本。有研究表明，運(yùn)營(yíng)商們普遍預(yù)計(jì)在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)中，Small-Cell將比Macro-Ccell扮演更重要的角色。隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商普遍認(rèn)為分流移動(dòng)數(shù)據(jù)是高效使用無(wú)線頻譜資源的好辦法。Small-Cell是3G數(shù)據(jù)分流的重要成分，他們并認(rèn)為Small-Cell是管理LTEA頻譜的有效辦法，而不只是使用Macro-Cell管理LTEA頻譜。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商正在尋求更小的基站和Wi-Fi熱點(diǎn)，以便更好地覆蓋戶(hù)外場(chǎng)所和人口稠密的地區(qū)，而帶Wi-Fi的解決方案無(wú)疑可更好的幫助運(yùn)營(yíng)商節(jié)約寶貴的頻段資源。XilinxZynq?-7000系列器件集合了處理器軟件及FPGA硬件的可編程SoC，這樣提升了系統(tǒng)的集成度，性能，靈活性，可擴(kuò)展性。Zynq?-7000系列器件并且從系統(tǒng)層面提供功耗降低，更低成本，更快的速度投向市場(chǎng)。與傳統(tǒng)的SoC方案，基于Zynq-7000Soc器件開(kāi)發(fā),允許設(shè)計(jì)者根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，靈活地添加不同的外設(shè)及硬件加速器，從而達(dá)到最優(yōu)化和差異性目標(biāo)。1XilinxZynq?-7000SoC系列概要XilinxZynq-7000SoC系列利用Xilinx7系列28nm技術(shù)。Zynq-7010和Zynq-7020是基于Artix?-7FPGA的SoC器件，提供更低的功耗和成本。Zynq-7030,Zynq-7045和Zynq-7100是基于Kintex?-7FPGA的SoC器件，提供更高的性能與I/O速率。器件一覽表如圖1所示。XilinxZynq-7000SoC包括ProcessingSystem(PS)和ProgrammableLogic(PL)兩大部分。其中ProcessingSystem(PS)是：

?基于雙核ARMCortex?-A9

?CPU主頻高達(dá)1GHz

?帶有NEON加速器

?支持單精度，雙精度浮點(diǎn)單元

?32kB指令和32kB數(shù)據(jù)L1Cache

?512kBL2CacheXilinxZynq-7000SoC功能如圖2所示。XilinxZynq-7000架構(gòu)使得客戶(hù)的邏輯與軟件分別在PL和PS里實(shí)現(xiàn)成為可能。PS與PL集成在一片F(xiàn)PGA中。由于它們有限的I/O帶寬，可以將延遲和功耗可以做到傳統(tǒng)兩片芯片的SoC（ASSP+FPGA）所達(dá)不到的性能指標(biāo)，進(jìn)而使得客戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)特，差異化的系統(tǒng)功能。2XilinxZynq-7000SoC用于LTESmall-Cell解決方案概要XilinxZynq-7000SoC解決方案可以滿(mǎn)足LTESmall-Cell從Pico-Cell到Macrocell的應(yīng)用需求。在功能模塊劃分上,用ZynqPS軟件實(shí)現(xiàn)layer2,3協(xié)議的絕大部分，如果需要，也可以將layer2,3部分功能用ZynqPL作硬件加速。將Layer1在ZynqPL硬件中實(shí)現(xiàn)。由于Small-Cell機(jī)箱內(nèi)沒(méi)有風(fēng)扇，散熱問(wèn)題非常挑戰(zhàn),XilinxLTESmall-Cell解決方案提供低功耗幫助降低昂貴散熱器的成本，并且使得熱設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。Xilinx的RadioIPCFR/DPD可以幫助客戶(hù)提高功放效率并降低Small-Cell的功耗。利用Xilinx提供的IPs，可以提高集成度，加速客戶(hù)產(chǎn)品投向市場(chǎng)的時(shí)間。XilinxZynq-7000SoC方案可以支持LTESmall-Cell的配置如圖3所示。3ZynqSoCXilinxSmall-Cell功能劃分XilinxZynqSoC非常適合高性能LTESmallCel產(chǎn)品。ZynqSoC擁有兩個(gè)ARMCortex?-A9。其中一個(gè)ARM核實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，LTElayer1的控制，另外一個(gè)ARM核實(shí)現(xiàn)layer2，3協(xié)議，包括IEEE1588,PDCP,RLC,MACandPHYAPI,Ethernet,IPSEC/IP,UDP,SCTP,GTP-U,OA&M；在ZynqPL（低延遲，并行度高，高帶寬互聯(lián)）中可以實(shí)現(xiàn)Layer1，包括硬件加速器，ChannelEncoding,QAMModulation,MIMOEncoder,OFDMModulation,DUC,CFR,DPD。DDC,OFDMDemodulation,MIMODecoder,QAMDemodulation,ChannelDecoding。JESD接口。PS中模塊與PL中模塊可以通過(guò)AXI-4標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。4XilinxLTESmall-CellZynqSoC方案的優(yōu)勢(shì)如圖5所示,左上角是傳統(tǒng)方案用多核SoC，ASSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字中頻，一片小容量FPGA實(shí)現(xiàn)剩余的接口邏輯與存儲(chǔ)，這種組合而成的方案來(lái)支持2x2(2T2R)LTESmall-Cell。左下角是用xilinx單芯片ZynqZ-7045來(lái)實(shí)現(xiàn)2x2(2T2R)LTESmall-Cell，兩個(gè)ARMCortex?-A9處理器核實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，LTElayer1的控制，layer2，3協(xié)議；Zynq邏輯實(shí)現(xiàn)LTElayer1物理層及數(shù)字中頻（DUC/DDC/CFR/DPD）與CPRI接口等。這樣從傳統(tǒng)的3片芯片集成到一片ZynqZ-7045。如圖5所示，由3片芯片集成到一片所帶來(lái)的好處是：降低芯片之間的處理延遲，BOM成本降低25%，與此同時(shí)整體功耗降低35%。

5小結(jié)LTESmall-Cell對(duì)低