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面向基带处理的软件平台设计与实现

曾定立  
【摘要】:为应对当前移动运营商面临的高成本、高能耗、低频谱利用率等严峻挑战,中国科学院计算技术研究所提出了集中式处理的超级基站架构,将射频、基带、计算等资源进行水平池化,以实现大容量、低功耗、高资源利用率的目标。超级基站要求基带资源池采用软件无线电思想的硬件统计复用技术,不同的波形应用可根据需求复用基带处理资源,这对基带处理单元提出两方面要求:1)采用高性能通用处理架构以支持物理层实时信号处理;2)实现软硬件解耦,支持波形软件的灵活加载。本文针对超级基站基带处理需求,在硬件上提出了基于异构多核处理器“ARM(Acorn RISC Machine)+DSP(Digital Signal Processing)”的高性能基带处理架构,支持DSP对基带数据流的实时信号处理,ARM对时序、状态及接口的物理层控制,兼顾平台的实时性和通用性。在软件上提出了能够隐藏底层硬件细节及异构处理器差异的平台化架构,该架构分为驱动层、操作系统层和中间件抽象层,本文重点实现了底层驱动软件和“SMP Linux(Symmetrical Multi Processing)+SYS/BIOS”操作系统的设计,具体内容归纳如下:1.驱动层设计与实现。为满足LTE基带传输速率高、切换链路时延低的需求,基带池内通过支持1-16Gbps的SRIO(Serial Rapid IO)传输基带数据,而物理层控制流对速率、时延要求相对较低,可通过以太网传输基带控制任务。本文在Linux驱动模型下设计实现了以太网接口驱动,在SYS/BIOS系统下设计实现了SRIO驱动,并测试以太网速率最高为935Mbps、SRIO为12.7Gbps,对比研究两种接口技术验证平台方案。2.操作系统层设计与实现。为满足ARM物理层控制与DSP运算的任务和数据交换需求,操作系统需实现异构处理器的解耦,提供操作硬件的文件系统接口,而Boot Loader是系统启动的首要条件,缩短启动时间可有效降低通信故障的可能性,且有利于软件升级。本文采用ARM引导DSP启动的方式设计实现了操作系统的Boot Loader,采用多级引导及分阶段运行的方式优化了Boot Loader,使得加载时间显著降低。构建并成功移植内核及文件系统,实现了ARM对DSP任务的派发,从而保障基带控制与运算的任务、信息交换。


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