采用FPGA器件实现基站模拟测试系统的应用方案

采用FPGA器件实现基站模拟测试系统的应用方案1引言在基站的模拟测试系统中，终端控制子系统负责生成上行测试数据并将其发送到被测基带板，测试基带板上行接收的功能及性能；同时根据后台控制采集下行发射的基带数据并送后台进行分析，测试其发射功能。而FPGA部分属于终端控制子系统的前台部分，负责IQ数据的发送及采集，基带测试板的功能主要在这里面实现。整个系统的速率瓶颈在网口上，由于基带数据速率很高，每根逻辑天线的数据数率达122.88Mbps，而FTP传输数据的速率远远不够，故采用FPGA将高速基带数据缓存在板上的SDRAM中，可以很好的解决速率相差很大的接口问题。同时其开发周期较短，系统易于维护和扩展，无需改动硬件设计。2方案技术要点2.1基带测试板概述2.1.1CPU模块CPU模块是基带测试板的控制中心，实现：和后台计算机通讯加载FPGA总体控制基带测试板的工作CPU模块的核心是MOTOROLA的POWERQUICCII系列的MPC8270处理器。CPU的60XBUS外挂：16Mx64SDRAM。8Mx16FLASH。存储FPGA数据和应用程序。512Kx8FLASH。作为BOOTROM，存储BOOT程序和VxWorks操作系统。FPGA的CPU接口。CPU通过PHY芯片，实现3个以太网口，其中2个用来和后台通讯一个和主控板通信。2.1.2FPGA模块FPGA模块是基带测试板的拓扑中心节点，实现：将后台生成的上行测试数据写入SDRAM，并按CPU配置的图样发送到指定的发射端口。根据CPU的配置，采集特定时间段的接收端口的数据，完成之后通过CPU送给后台PC进行处理和CPU模块通讯SDRAM的读写控制FPGA模块的核心是1片FPGA芯片，主要外部接口包括：CPU接口。用来和MPC8270通讯。LVDS接口。用来和背板接口模块的LVDS器件通讯。SDRAM接口。用来和数据缓存模块的内存条通讯。SDRAM时钟由时钟电源模块提供。测试用接口。2.1.3数据缓存模块数据缓存模块由8条512MBSDRAM内存条构成4GB的大容量存储器，用来缓存天线数据。8片内存条的16根片选信号由FPGA分别提供；其它信号，包括地址、数据、字节使能、时钟等共用。2.1.4时钟电源模块时钟电源模块为基带测试板的其它模块提供电源和各个时钟信号。FPGA时钟：100MHzMPC8270时钟：100MHz以太网时钟：25MHz3本方案中FPGA的设计思路我们将整个FPGA主要分为4个大的模块：发送处理模块，接收处理模块，时钟/寄存器模块，SDRAM控制模块。FPGA的上下行接收模块功能框图如图2：上面的处理包括4个过程如下：1.将CPU写入到DPRAM中的数据写入SDRAM，此过程反复执行，所有数据写完为止；2.按照CPU配置的发送图样，连续从SDRAM相应地址中读取数据，经过复用后发送到发送端口；3.按照CPU配置将接收端口的数据进行解复用，然后通过DPRAM将数据存入SDRAM.4.数据采集完成后，将缓存在SDRAM中的数据通过DPRAM上报给CPU;3.1发送处理模块发送处理模块主要包括上面处理过程1，2。其完整的流程如下图3：发送模块主要处理将后台生成的上行测试数据发射出去，送到被测基带板，故发送处理模块需要按照被测基带板上行接收的格式进行复用。上行处理过程是：先从SDRAM中读出数据缓存在双口RAM中，然后对其进行升采样（简单重复）及复用操作，最后加flag和paritybit后，由原来的下行发送端口送出。在循环发送上行数据前，与CPU配合，要将后台生成好的数据写入SDRAM中；另，在将数据从SDRAM中读取到DPRAM中时，需要按照CPU配置的发送图样（即数据块的发送顺序）进行。其中发送图样可以灵活配置，具体实现可以采用乒乓DPRAM的方法。3.2接收处理模块接收模块包括处理过程3，4。图4是采集数据上报的流程图：接收处理模块完成的主要功能是根据CPU配置的数据采集范围（若干帧），在SFN等于配置的开始SFN时，将来自被测基带板的若干帧下行发射数据采集到SDRAM中缓存；采集完成之后，再上报给CPU，最后由CPU将缓存数据上报给后台进行分析。3.3时钟/寄存器模块时钟/寄存器模块根据输入的16chip时钟和从时钟板送来的串行帧号，产生内部其他模块使用各种时钟、帧信号。板内时钟与16chip时钟上升沿对齐。帧信号周期为10ms，是负脉冲，宽度为1/16chip，在1chip上升沿变化。提供寄存器接口，由CPU控制，提供告警中断等。本模块还根据输入的100Mhz时钟产生外接SDRAM用的时钟。3.4SDRAM控制主要根据发送采集等模块的状态来控制SDRAM控制器的输出，产生SDRAM需要的/CS、/RAS、/CAS、/WE等各种控制信号，从而对SDRAM进行操作。4器件说明综合考虑速度和资源，FPGA芯片我们选用了Altera公司Stratix系列的EP1S20F780C7。这个芯片是780PinFineLineBGA封装，最多可用IO587个，具有逻辑单元18460个，内部有194个块M512RAM、82个块M4KRAM、2个块M4Kx144RAM（可灵活配置为不同的数据口宽，但是容量不变）。Stratix系列内核采用1.5V供电，IO支持1.5V/1.8V/2.5V/3.3V多种接口标准，支持高速外部存储器接口，包括ZBT，QDRSDRAM，DDRSDRAM，FCRAM和SDRAM。为了与单板其他部分配合，我们IO选用了3.3V供电。图5显示该芯片能够满足需求。5结论实践结果证明，该方案设计的基带测试系统能够