基于Xilinx Zynq SoC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)急需靈活的方案來完善覆蓋。 由于基站選址和工程施工難度越來越大，施工成本越來越高，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。對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， 可以用來補(bǔ)盲宏基站信號微弱的區(qū)域，且更易部署和調(diào)度。越來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，而Macro-Ccell在室內(nèi)的覆蓋很差，但Small-Cell覆蓋效果則更好。

Small Cell和Macro Cell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)營成本。 有研究表明，運(yùn)營商們普遍預(yù)計(jì)在未來的網(wǎng)絡(luò)市場中，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，運(yùn)營商普遍認(rèn)為分流移動(dòng)數(shù)據(jù)是高效使用無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LTE A頻譜的有效辦法，而不只是使用Macro-Cell管理LTE A頻譜。移動(dòng)運(yùn)營商正在尋求更小的基站和Wi-Fi熱點(diǎn)，以便更好地覆蓋戶外場所和人口稠密的地區(qū)，而帶Wi-Fi的解決方案無疑可更好的幫助運(yùn)營商節(jié)約寶貴的頻段資源。

Xilinx Zynq?-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。與傳統(tǒng)的SoC方案，基于Zynq-7000 Soc器件開發(fā), 允許設(shè)計(jì)者根據(jù)不同應(yīng)用場景，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)。

1 Xilinx Zynq?-7000 SoC系列概要

Xilinx Zynq-7000 SoC系列利用Xilinx 7 系列28nm技術(shù)。Zynq-7010和Zynq-7020是基于Arx?-7 FPGA 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?-7 FPGA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。

Xilinx Zynq-7000 SoC 包括Processing System(PS)和Programmable Logic(PL)兩大部分。其中Processing System(PS)是：

? 基于雙核ARM Cortex?-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)L1 Cache

? 512kB L2 Cache

Xilinx Zynq-7000 SoC功能如圖2所示。

Xilinx Zynq-7000架構(gòu)使得客戶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)而使得客戶可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)特， 差異化的系統(tǒng)功能。

2 Xilinx Zynq-7000 SoC用于LTE Small-Cell解決方案概要

Xilinx Zynq-7000 SoC解決方案可以滿足LTE Small-Cell從Pico-Cell到Macrocell 的應(yīng)用需求。在功能模塊劃分上, 用Zynq PS軟件實(shí)現(xiàn)layer 2, 3協(xié)議的絕大部分，如果需要，也可以將layer 2, 3部分功能用Zynq PL作硬件加速。將Layer 1在Zynq PL硬件中實(shí)現(xiàn)。

由于Small-Cell 機(jī)箱內(nèi)沒有風(fēng)扇，散熱問題非常挑戰(zhàn), Xilinx LTE Small-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)更簡單。Xilinx的Radio IP CFR/DPD可以幫助客戶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，加速客戶產(chǎn)品投向市場的時(shí)間。

Xilinx Zynq-7000 SoC方案可以支持LTE Small-Cell的配置如圖3所示。

3 Zynq SoC Xilinx Small-Cell 功能劃分

Xilinx Zynq SoC非常適合高性能LTE SmallCel產(chǎn)品。 Zynq SoC擁有兩個(gè)ARM Cortex?-A9。 其中一個(gè)ARM核實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，LTE layer 1的控制， 另外一個(gè)ARM核實(shí)現(xiàn)layer 2， 3協(xié)議，包括IEEE1588, PDCP, RLC, MAC and PHY API, Ethernet, IP SEC/IP, UDP, SCTP, GTP-U, OAM; 在Zynq PL(低延遲， 并行度高， 高帶寬互聯(lián))中可以實(shí)現(xiàn)Layer 1， 包括硬件加速器，Channel Encoding, QAM Modulaon, MIMO Encoder, OFDM Modulaon, DUC, CFR, DPD。DDC,OFDM Demodulaon, MIMO Decoder, QAM Demodulation, Channel Decoding。 JESD接口。PS中模塊與PL中模塊可以通過AXI-4標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

4 Xilinx LTE Small-Cell Zynq SoC 方案的優(yōu)勢

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支持 2x2 (2T 2R) LTE Small-Cell。

左下角是用xilinx 單芯片Zynq Z-7045 來實(shí)現(xiàn)2x2 (2T 2R) LTE Small-Cell，兩個(gè)ARM Cortex?-A9處理器核實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，LTE layer 1 的控制， layer 2， 3 協(xié)議; Zynq 邏輯實(shí)現(xiàn)LTE layer 1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Zynq Z-7045。

如圖5 所示，由3 片芯片集成到一片所帶來的好處是：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)

LTE Small-Cell 對低成本, 低功耗，高集成度和高可靠性的要求。 全集成，可擴(kuò)展性與靈活性成為非常重要的目標(biāo)。 利用Xilinx Zynq-7000 雙核ARM 處理器PS， 與高系統(tǒng)性能和低功耗的PL 相結(jié)合， Xilinx 全可編程Zynq-7000 SoC 是現(xiàn)在或?qū)鞮TE Small-Cell 合適的好的解決方案。