A
pplicazioni
Serial RapidIO
Come sfruttare la bandabase
di Serial RapidIO:
potenziare il cammino dati
IQ con il Pre-Processing
Trevor Hiatt
Applications manager
Flow-Control Management (FCM)
Division
IDT
II parte
o switch è il punto centrale di tutti
gli endpoint e risiede a un livello
topologicamente “superiore”, come
illustrato in figura 1. È quindi intuibile che
qualsiasi trasformazione che riguardi i
flussi dati In fase e In Quadratura (IQ)
possa essere eseguita una sola volta nello
switch. Questo ha particolari effetti a livello uplink, dove un numero contenuto di
flussi larga banda deve essere riformattato
in accordo alle specifiche bandabase e
spesso inviato in multicast a più endpoint.
Un’unica scheda switch potrebbe eseguire
il multicast su più schede bandabase e
similmente queste schede switch bandabase potrebbero eseguire il multicast di
questi dati verso più processori di segnali.
Se lo switch può eseguire questa formattazione in anticipo, gli endpoint riceventi
non sono ovviamente costretti a implementare la stessa trasformazione. Ciò consente di risparmiare energia e preziosi
cicli di digital signal processing (DSP).
Viceversa, dal lato downlink, lo switch
opera come punto di aggregazione tra la
bandabase e le schede switch. Dal punto
Questo articolo, il secondo di una serie di tre,
illustra come i dispositivi di seconda e terza
generazione offrano delle caratteristiche aggiuntive
che permettono di potenziare ulteriormente
le funzioni e le prestazioni bandabase 3G+
L
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di vista architetturale questo è un punto
chiave per introdurre dei potenziamenti
riguardanti le capacità di manipolazione
dei dati rispetto allo switching serial
RapidIO standard.
Potenziamento
del cammino dati
con capacità di pre-processing
Fig. 1 - Questa implementazione bandabase generica mostra la scheda
switch e le schede bandabase. In
questa configurazione, serial RapidIO
viene utilizzato sul backplane. Un
“fabric interface chip” (FIC) può
essere utilizzato come bridge RapidIO
verso i protocolli d’interfacciamento
in aria, quali CPRI, OBSAI o anche
soluzioni proprietarie
Nell’esempio preso in considerazione, le
funzioni di elaborazione del contenuto dei
pacchetti (payload) in uplink e downlink
sono relative a un generico sistema
UMTS/WCDMA/TD-SCDMA, assumendo che un unico flusso dati IQ supporti
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tutti i potenziali AxC (Antenna Carriers)
per un dato pacchetto e un dato numero di
schede bandabase. La quantità di schede
bandabase supporterà un particolare subset di AxC potenziali, con possibili sovrapposizioni di AxC tra schede bandabase.
Le funzioni saranno ripartite tra switch e
schede bandabase, come illustrato in figura 2, che sottolinea le operazioni specifiche da implementare. Queste funzioni
saranno un sottoinsieme di tutte le possibili funzioni di pre-processing. Data questa specifica implementazione, i valori correnti delle prestazioni di sistema saranno
presentati nel terzo articolo della serie.
Dove appropriato, potranno essere citate
altre possibili capacità di elaborazione, ma
queste non saranno riflesse nelle figure
finali relative alle prestazioni di sistema.
tenuto del pacchetto risultante saranno
pertanto ridotte in quanto si tratta un
subset dell’AxC dal contenuto originario. Il beneficio a livello di sistema è una
riduzione della banda verso le schede
bandabase.
Questo permette inoltre di contenere il
numero o l’ampiezza delle porte serial
RapidIO verso le schede bandabase, riducendo i costi hardware e i consumi.
Nell’esempio verrà tratto vantaggio di
questo contenimento AxC sulla scheda
bandabase.
pplicazioni
Serial RapidIO
consumi possono essere ridotti. Il subset
dei carrier supportati su una determinata
scheda bandabase può cambiare dinamicamente nel tempo. Il pre-processore supporta la riprogrammazione dinamica di
tutte le specifiche di elaborazione, comprese quelle di selezione/troncamento
AxC, senza perdere un solo pacchetto
durante il changeover.
Serial RapidIO supporta in modo nativo il
trasferimento diretto dei dati nella memoria dell’endpoint target. Lo header del pacchetto mantiene l’indirizzo target in modo
Uplink: scheda switch
Per l’implementazione in uplink, la formattazione dei dati IQ avverrà su ciascun
pacchetto e includerà il de-interleaving
dei dati I e Q.
I flussi IQ risultanti saranno inviati in multicast a tutte le schede baseband. Il supporto nativo dovrebbe permettere di
applicare il tutto ai flussi I-only o I e Q.
Qualsiasi controllo e informazione temporale dovrebbe essere protetta all’interno
di un campo definito dall’utente presente
in una porzione del contenuto del pacchetto, in modo che non venga corrotto
dalle operazioni di elaborazione dati.
Poiché la scheda switch è centralizzata
per tutte le schede baseband, essa rappresenta un punto chiave per eseguire la formattazione globale dei dati dei flussi IQ.
Le funzioni alternative di manipolazione
dei campioni possono includere variazioni quali “endianness”, riordino IQ
e/o ridimensionamento del campione
con o senza cancellazione ed estensione
del segno.
Una implementazione alternativa potrebbe prevedere l’estrazione di un subset
specifico di AxC supportati da una determinata scheda bandabase da un flusso
dati IQ completo. Le dimensioni del conELETTRONICA OGGI 388 - APRILE 2009
Uplink: scheda bandabase
Come implementazione opzionale della
scheda switch verranno utilizzate le capacità di estrazione AxC per scegliere solo
un subset degli AxC supportati su una
determinata scheda bandabase. Poiché
ciascuna scheda bandabase supporterà
solo il suo subset di AxC, il pre-processore dello switch sarà programmato in
modo specifico su ciascuna scheda bandabase per riordinare solo gli AxC di quella scheda bandabase, troncando quindi la
parte rimanente del pacchetto (cancellazione AxC). I pacchetti risultanti, più piccoli, saranno inviati quindi in multicast ai
DSP a una frazione del data rate entrante.
Nel fare questo, il costo dell’hardware e i
Fig. 2 - Specifiche di pre-processing
WCDMA. Le annotazioni superiori e
inferiori sottolineano rispettivamente
le funzioni di pre-processing richieste e i ritardi di trama in uplink e
downlink
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che i pacchetti possano essere consegnati
direttamente a una determinata locazione
della memoria del target. Le funzioni di
pre-processing potenziano questa capacità garantendo la generazione di più pacchetti di uscita in tandem con la generazione dell’indirizzo target. Così, un dato
pacchetto risultante può essere ripartito
in vari pacchetti più piccoli, ciascuno con
propri start, stop e valori incrementali di
indirizzo. Questo consente ai blocchi di
dati nel contenuto del pacchetto di essere
posizionati in vari range individuali di indirizzi nella memoria del DSP. Tale accesso
diretto alla memoria (DMA) potenziato
offre agli sviluppatori del software DSP un
elemento di flessibilità aggiuntivo.
Downlink:
scheda bandabase
Nel tragitto di ritorno si fa l’ipotesi che i
processori di segnale in bandabase per
una determinata scheda bandabase eseguano ancora l’inoltro di un subset di AxC
alla scheda switch. Si ipotizza che
l’organizzazione dei pacchetti AxC possa
essere non in linea con le specifiche della
scheda radio. Inoltre si presuppone che
gli AxC siano sommati per tutte le schede
bandabase una volta raggiunta la scheda
di commutazione.
Il subset di AxC supportati su una determinata scheda bandabase può essere
fuori sequenza, con alcuni AxC non supportati del tutto. Prima di eseguire la
somma nella scheda switch, è importante
che gli AxC siano riordinati secondo una
sequenza appropriata e che i carrier nulli
siano riempiti con un numero di zeri sufficiente affinché la somma degli AxC sia
corretta. Le specifiche di pre-processing
per una determinata scheda bandabase
sono quindi di riordinare gli AxC nel contenuto del pacchetto e di azzerare qualsiasi carrier nullo. Per esempio, la seguente
sequenza di AxC dalla memoria DSP
{AxC12, AxC15, AxC13} deve diventare
60
{0, 0, AxC12, AxC13, 0, AxC15, … ,
AxC1M}.
Sulla scheda bandabase, le informazioni
di controllo possono essere incorporate
nel campo protetto definito dall’utente
all’interno nel contenuto, come precedentemente descritto. Di nuovo, le specifiche
del pre-processore sono di garantire la
protezione del campo definito dall’utente
durante le operazioni di elaborazione del
contenuto.
Downlink:
scheda switch
Nella scheda switch i pacchetti da tutte le
schede bandabase disponibili vengono
sommati. Il riordinamento e l’azzeramento degli AxC inutilizzati assicura che
la somma dei campioni verso l’antenna
sarà corretta. Per esempio, se il dato dalla
scheda bandabase uno è:
{0, 0, AxC12, AxC13, 0, AxC15, … ,
AxC1M},
e quello dalla scheda bandabase due è:
(AxC20, 0, AxC22, 0, 0, AxC25, … ,
AxC2M),
la somma risultante dei due sarà:
{AxC20, 0, (AxC12 + AxC22), AxC13, 0,
(AxC15 + AxC25), … , (AxC1M +
AxC2M)}.
La somma risultante potrebbe saturare,
essere troncata o shiftata a livello di bit in
accordo alle specifiche di sistema. Infine,
gli IQ sono interallacciati e il pacchetto
risultante è inoltrato alla scheda RF.
Una problematica specifica dei sistemi
packet-based è la sincronizzazione dei
pacchetti prima della somma. Data la
mancanza di un sistema esplicito di sincronismo, tra i pacchetti ricevuti dalle
schede bandabase esistono degli inevita-
bili disallineamenti, che possono essere
indotti anche dagli effetti standard del
livello fisico serial RapidIO, come la sincronizzazione di link, il rinvio di pacchetti e il disallineamento di sincronizzazione
tra schede bandabase. Il pre-processore
dispone di uno spazio di buffer separato
per ciascuna porta d’ingresso o finestre
di arrivo per eseguire in modo efficace il
de-skew dei pacchetti nelle schede bandabase. Oltre a questo, se un pacchetto
da una determinata scheda bandabase
non viene ricevuto nel periodo di arrivo
definito dall’utente, il pacchetto stesso
può essere opzionalmente sostituito con
degli zeri (o degli uno) per permettere
alla somma di proseguire evitando lo stallo del flusso di dati.
I pacchetti persi possono essere il risultato di vari effetti di sistema. Una causa possibile potrebbe essere una cattiva segnalazione sul link serial RapidIO o anche la
re-inizializzazione di un link. Il pre-processore è in grado di identificare e riportare
la perdita del pacchetto inviando un pacchetto Port-Write di manutenzione con
l’informazione di errore al processore
host o al DSP coinvolto, consentendo così
di correggere la situazione. Se si verifica
un errore a livello fisico sulle porte di
switch è possibile adottare delle azioni
similari.
Il terzo e ultimo articolo della serie esaminerà come i potenziamenti dei dispositivi serial RapidIO di seconda e terza
generazione possano migliorare l’elaborazione in bandabase (BB) 3G+.
Il primo articolo: “Predisporre la baseUtilizzo in banda base dello standard
sRio” è stato pubblicato sul numero di
febbraio (386) di Elettronica Oggi
IDT
readerservice.it n. 13
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