黃承波

摘? ?要：文章提出了一種基于BSC9132芯片的DSP軟件設(shè)計(jì)方法，在芯片的DSP核心SC3850上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，針對(duì)核間交互、算法優(yōu)化等方面給出詳細(xì)介紹，為在此平臺(tái)上進(jìn)行DSP軟件開(kāi)發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：BSC9132芯片;SC3850;異步交互

1? ? BSC9132芯片研發(fā)背景

BSC9132芯片是Freescale公司專為Small Cell定制的芯片，為高性能、低功耗、高密度的集成器件，可用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)傳輸信號(hào)的基帶處理，現(xiàn)階段主要用于微基站解決方案。在BSC9132芯片上開(kāi)發(fā)軟件前，首先，需對(duì)該芯片的架構(gòu)，各個(gè)核心的資源、處理性能等方面進(jìn)行研究，同時(shí)，作為基帶芯片，需充分研究其對(duì)射頻、時(shí)序等的控制，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供支持。

2? ? BSC9132芯片介紹

BSC9132芯片集成4個(gè)核心，兩個(gè)SC3850的DSP核心，兩個(gè)e500的CPU核心。另外，協(xié)處理器MAPLE集成LTE物理層上下行處理單元，實(shí)時(shí)性好，功能強(qiáng)大。協(xié)處理器版本為MAPLE-B2P，是Multi-Accelerator Platform Engine Baseband 2 for Pico的縮寫(xiě)，其是專門(mén)為Pico Cell基帶設(shè)計(jì)的多加速平臺(tái)引擎，可以實(shí)現(xiàn)信道編碼/譯碼、傅里葉變換、通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）碼片速率處理、通用移動(dòng)通信技術(shù)的長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）上行信道處理、循環(huán)冗余校核（Cyclic Redundancy Check，CRC）檢測(cè)等，由卷積、濾波、Turbo編碼、Viterbi譯碼、碼片速率處理和MIMO各模塊處理器組成。

BSC9132芯片的射頻相關(guān)接口可分為兩大類：串口、并口。串口主要為通用公共無(wú)線電接口（Common Public Radio Interface，CPRI），可實(shí)現(xiàn)將基帶處理單元基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）與射頻處理單元射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU）的通信。并口主要為模擬接口電路（Analog Interface Circuit，AIC）射頻接口，可以和ADI AD9631無(wú)縫連接，并且可以直接通過(guò)直接存貯器訪問(wèn)（Direct Memory Access，DMA）訪問(wèn)MAPLE-B2P協(xié)處理器。在此僅簡(jiǎn)要介紹CPRI的使用。

BSC9132芯片支持CPRI V4.0版本協(xié)議，Cpri基本幀長(zhǎng)：1 chip=1/3.84 MHz= 260.416 667 ns。一個(gè)基本幀包含16個(gè)字：W=0∶15，字長(zhǎng)T依賴于比特率，BSC9132芯片支持的CPRI線速較好。

3? ? DSP多核使用

BSC9132芯片集成了兩個(gè)SC3850的DSP核心，兩個(gè)核心間一般作為同步模式使用，但針對(duì)特殊波形的處理，可考慮將兩個(gè)核心作為異步使用，同時(shí)，進(jìn)行兩個(gè)通信波形物理層的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，而兩個(gè)波形的接入控制等在CPU核心中進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，由此BSC9132芯片上的軟件部署如圖1所示。

BSC9132芯片是針對(duì)微基站設(shè)計(jì)的，其協(xié)處理器是針對(duì)公網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行的匹配，若想在此芯片上實(shí)現(xiàn)特殊波形（協(xié)議自定）的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，需對(duì)芯片進(jìn)行更深一步的了解，可使用協(xié)處理器中的通用部分，如傅里葉變換、Turbo編解碼等。另外，對(duì)于通信波形的物理層處理，尤其是算法模塊部分，需在DSP核心上進(jìn)行處理，由此DSP核心的運(yùn)算能力就顯得尤為重要，在進(jìn)行芯片選擇時(shí)一定要針對(duì)波形的運(yùn)算量及芯片的能力來(lái)綜合決定。

3.1? 核間交互

BSC9132芯片CPU核心與DSP核心之間的交互可采用逐級(jí)交互機(jī)制，即CPU核心與主DSP核心交互，主DSP核心與從DSP核心交互，交互方式可分為兩類：一類是共享內(nèi)存加中斷觸發(fā)的方式，另一類是使用IPC接口的方式。共享內(nèi)存分為上下行信令交互區(qū)和數(shù)據(jù)交互區(qū)，交互區(qū)可定義在共享內(nèi)存M3或外部存儲(chǔ)空間雙倍速率（Double Data Rate，DDR）上，并且可通過(guò)DMA來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存取，中斷觸發(fā)用于通知核心進(jìn)行信令解析及數(shù)據(jù)使用。IPC接口由兩個(gè)交互的核心共同維護(hù)，底層觸發(fā)方式有兩種，一是中斷，二是輪詢。波形開(kāi)發(fā)時(shí)可根據(jù)具體的需求來(lái)選擇合適的核間交互方式。

在開(kāi)發(fā)波形時(shí)，需根據(jù)波形的協(xié)議及功能模塊的部署來(lái)決定交互方式。波形的協(xié)議及功能模塊的部署決定了核間交互的數(shù)據(jù)量及交互頻率，開(kāi)發(fā)波形前需進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證，以確保能夠滿足開(kāi)發(fā)需求。

3.2? DSP核開(kāi)發(fā)

SC3850 DSP核心開(kāi)發(fā)環(huán)境使用CodeWarrior IDE v10.7.2，開(kāi)發(fā)時(shí)對(duì)存儲(chǔ)空間的規(guī)劃在鏈接器命令文件（Linker Command File，LCF）中，文件后綴為l3k。值得注意的是LCF文件中可對(duì)共享內(nèi)存M3和外部存儲(chǔ)空間雙倍速率內(nèi)存定義為兩種類型，一種是私有類型，使用關(guān)鍵字private限定;另一種是共享類型，使用關(guān)鍵字shared限定。通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算測(cè)試發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片上M2，私有M3，儲(chǔ)存在私有DDR內(nèi)存上時(shí)，運(yùn)算速度相當(dāng)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在共享M3上的運(yùn)行速度快于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在共享DDR上，但都比片上M2上慢[1]。

波形開(kāi)發(fā)時(shí)，使用兩個(gè)核心為異步工作模式，則不同的核需定義不同的變量和函數(shù)，但在初始化時(shí)需使用相同的變量名和函數(shù)名。若各個(gè)核心的處理不同，需放置在私有空間，兩個(gè)核心都為其開(kāi)辟空間，此時(shí)需編譯的變量或函數(shù)虛擬地址相同，否則編譯會(huì)提示錯(cuò)誤。各個(gè)核心單獨(dú)使用的變量和函數(shù)需在LCF中進(jìn)行特殊限定。

基帶模塊與射頻模塊交互使用CPRI協(xié)議，此種交互的優(yōu)點(diǎn)是交互統(tǒng)一，可將BBU與RRU模塊分離，缺點(diǎn)是波形開(kāi)發(fā)靈活性差、控制時(shí)序嚴(yán)格。CPRI使用的難點(diǎn)在于收發(fā)雙方時(shí)鐘的對(duì)齊。

3.3? 算法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化

BSC9132芯片上有兩個(gè)DSP核心SC3850，SC3850有4種單元，數(shù)據(jù)算術(shù)邏輯單元（Data Arithmetic and Logic Unit，DALU），地址產(chǎn)成單元（Address Generation Unit，AGU），程序控制單元（Program Control Unit，PCU），資源暫停單元（Resource Stall Unit，RSU）。DALU包括4個(gè)并行的算術(shù)邏輯單元（Arithmetic Logic Units，ALU），在此單元上處理算術(shù)及邏輯運(yùn)算，每個(gè)ALU的每cycle可執(zhí)行2個(gè)16 bit數(shù)據(jù)的乘累加操作;有兩個(gè)64 bit的數(shù)據(jù)總線。AGU包括2個(gè)地址算術(shù)單元（Address Arithmetic Units，AAU），可進(jìn)行有效的地址計(jì)算[2]。

從圖2中可以看出當(dāng)同時(shí)使用2AGU+4DALU時(shí)，可以達(dá)到芯片所能處理的最大能力。若想同時(shí)使用4個(gè)DALU，則數(shù)據(jù)取用時(shí)需按64 bit進(jìn)行，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的首地址按8 Byte對(duì)齊。

在波形實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，一般需進(jìn)行數(shù)據(jù)接收與已知序列的相關(guān)運(yùn)算，接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為16 bit實(shí)部、16 bit虛部，由此在運(yùn)算時(shí)無(wú)法同步使用2AGU+4DALU，從而無(wú)法發(fā)揮芯片最大的運(yùn)算能力，在進(jìn)行波形開(kāi)發(fā)時(shí)需根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及芯片的能力將波形功能模塊進(jìn)行優(yōu)化，從而滿足使用需求。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

Freescale公司的BSC9132芯片主要應(yīng)用于微型基站，本文簡(jiǎn)要介紹芯片組成，并從DSP核心SC3850出發(fā)，討論核間交互方法、SC3850核心的開(kāi)發(fā)使用、編程性能優(yōu)化等，為在此芯片上開(kāi)發(fā)特殊波形提供DSP方面的參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙景濤，朱宇霞.基于BSC9132的PRACH檢測(cè)DSP優(yōu)化實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2018（1）：121-125.

[2]BSC9132.QorIQ qonverge multicore baseband processor reference manual[J].Review，2012（6）：223-225.