無(wú)線(xiàn)應用：Zynq All Programmable SoC的OS選擇考慮因素

　　一般來(lái)說(shuō)，SMP為較高級應用提供統一的OS平臺。軟件架構師在OS之上構建應用時(shí)，無(wú)需考慮兩個(gè)內核之間的資源共享和進(jìn)程間通信。此外，對SMP而言存在性能開(kāi)銷(xiāo)，這會(huì )給時(shí)間要求嚴格的無(wú)線(xiàn)應用的性能造成不利影響。比較SMP和AMP，AMP在運行OS實(shí)例的情況下軟件較簡(jiǎn)化，基本甚至完全沒(méi)有開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題，但需要精心定制的軟件設計來(lái)實(shí)現處理器資源共享和處理器間通信。

　　圖2：SMP與AMP比較

　　使用Zynq APSoC器件可非常高效率地實(shí)現多種關(guān)鍵的無(wú)線(xiàn)應用，其中包括射頻和無(wú)線(xiàn)回程。每種無(wú)線(xiàn)應用有不同的性能要求，需要OS支持不同的特性。就Zynq用于實(shí)現涵蓋全部數字前端和處理功能的全集成軟硬件解決方案而言，射頻應用就是一個(gè)很好的案例。

　　射頻數字前端應用是4G網(wǎng)絡(luò )典型遠端射頻單元(RRH)的一個(gè)主要組成部分。該應用的處理要求可劃分為信號處理和控制處理。在信號處理領(lǐng)域，Zynq可用于實(shí)現用于數字上變頻/下變頻的高采樣率濾波器、峰值因數抑制(CFR)和數字預失真(DPD)。DPD是個(gè)特例，它需要同時(shí)使用Zynq的PS和PL。

　　DPD處理可細分為高速數據路徑和更新路徑。更新路徑用于定期更新濾波器組的系數，且非常適合于實(shí)現在ARM Cortex A9內核中。一般來(lái)說(shuō)系數更新必須在幾毫秒到幾十毫秒內完成。鑒于計算的算術(shù)復雜性，可綜合使用A9內核和嵌入式NEON SIMD向量計算單元來(lái)滿(mǎn)足所需的高性能。此外，Zynq PL還支持為處理器時(shí)鐘周期占用大的功能提供硬件加速，這樣就可以協(xié)作使用Zynq PL、ARM A9內核和NEON協(xié)處理器。

　　無(wú)線(xiàn)電的控制處理側一般用于初始無(wú)線(xiàn)電校準、配置、告警、調度和網(wǎng)絡(luò )消息下傳。這在無(wú)線(xiàn)電應用中一般不要求高性能，因此使用Zynq中的一個(gè)ARM A9內核就能夠輕松管理。

　　為支持DPD應用和控制處理應用選擇合適的架構非常重要，因為它決定著(zhù)總體性能、可靠性和維護的簡(jiǎn)便性。

　　為無(wú)線(xiàn)射頻應用選擇的通用架構是AMP模式。在這種模式下，一個(gè)完整的ARM內核以裸機方式運行，專(zhuān)門(mén)用于DPD處理，為滿(mǎn)足更新DPD系數的時(shí)間要求提供更大計算裕量?？刂坪蚈AM等其他應用運行在OS控制的第二個(gè)ARM A9核上。在這種架構中，由于OS只控制兩個(gè)ARM內核中的一個(gè)，必須在運行于兩個(gè)分離的內核上的應用之間建立處理器間通道，比如使用OCM(片上存儲器)或共享存儲器。這樣做法對某些關(guān)鍵的控制應用非常重要，比如用于監控DPD模塊健康狀況的應用。這樣進(jìn)程間通信(IPC)解決方案是非標的，必須在A(yíng)MP模式中單獨開(kāi)發(fā)。

　　SMP架構非常簡(jiǎn)單直觀(guān)，使用單個(gè)OS實(shí)例同時(shí)控制兩個(gè)ARM內核和，進(jìn)而控制全部應用。IPC、調試、支持工具鏈都在同一OS下。為確保資源專(zhuān)門(mén)用于DPD應用，可在軟件應用中使用“內核親和(Core Affinity)”和“中斷屏蔽”等專(zhuān)門(mén)技巧。在前一個(gè)案例中，DPD應用將只在一個(gè)內核上運行，也就是沒(méi)有其他任務(wù)共享資源(除去OS調度器開(kāi)銷(xiāo))。在后一個(gè)案例中，中斷服務(wù)(除DPD應用觸發(fā)的)被轉到第二個(gè)內核上運行。這樣資源就被DPD應用完全利用。

　　因此Zynq APSoC是支持AMP或SMP架構的理想平臺。如圖3所示，Zynq集成有雙內核ARM處理器、12.5Gb/s 串行收發(fā)器(SerDes)、可靠性更高的500MHz+ DSP，并能提供完整的數字前端功能，諸如DPD、CFR、DUC/DDC和CPRI/JESD接口。該解決方案無(wú)需在處理器和單獨FPGA之間提供接口，從而簡(jiǎn)化PCB設計。

　　從分立式多芯片解決方案移植到Zynq平臺上的單芯片集成解決方案非常簡(jiǎn)單直觀(guān)。賽靈思提供綜合而全面的軟硬件解決方案，有助于順利移植到Zynq上。這其中包括用于DUC、DDC、CFR和DPD的數字信號處理IP庫。此外，還支持多種OS解決方案，包括設備驅動(dòng)程序、引導載入程序、BSP模板和常用工具。在成功移植到Zynq平臺后，該解決方案能夠顯著(zhù)地增強系統性能，節省總功耗，并降低材料清單(BOM)成本。

　　圖3：從分立式解決方案移植到Zynq解決方案

　　在本文中，我們探討了為無(wú)線(xiàn)應用選擇操作系統應考慮的主要因素，無(wú)線(xiàn)應用的實(shí)現架構及其考慮因素(AMP與SMP對比)以及上述在賽靈思Zynq 7000器件上的直接應用?？傊?，賽靈思提供的這類(lèi)先進(jìn)器件能夠幫助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )基礎架構設計人員在實(shí)現軟硬件完全可編程性的同時(shí)，改善性能，提高系統集成度，降低材料清單(BOM)總成本與系統總功耗，實(shí)現高可靠性并加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。設計人員現在不僅能更快開(kāi)發(fā)設備，而且還能在設備部署完成很久之后繼續提供現場(chǎng)更新，從而避免與ASSP和ASIC等器件有關(guān)的風(fēng)險。