Открытая платформа разработки устройств приёма и цифровой обработки сигналов "Flex SDR"

Платформа "Flex SDR" предназначена для оперативного изготовления сложных аппаратно-программных комплексов, а также для отладки и тестирования различных приложений с целью использования в многоцелевых радиоэлектронных системах.

Задачи, которые могут решаться на платформе "Flex SDR"

• Генерация сигналов и тестовых событий, имитация каналов связи;

• Отработка алгоритмических и схемотехнических решений в реальном окружении;

• Создание опытных образцов и серийных изделий на основе модулей и конструктива;

• Прием и передача данных через радиоканал, организации базовых станций широкополосного доступа (LTE, WiMAX и т.д.);

• Обработка навигационных сигналов;

• Радиомониторинг и радиоконтроль;

• Организация синхронизированной сети радиоприема для решения задач пеленгации и геолокации.

Преимущества "Flex SDR"

• Схемотехнические и вычислительные ресурсы платформы позволяют оперативно производить и эффективно сопровождать сложное современное оборудование благодаря перепрограммированию ПЛИС и встроенного контроллера;

• "Flex SDR" позволяет решать задачи, требующие значительных вычислительных ресурсов;

• Гибкость платформы обеспечивает сокращение сроков проектирования и разработки, удобство отладки и модернизации АПК ЦОС;

• Современная электронно-компонентная база поддерживает параллельную обработку высокоскоростных сигналов в реальном времени;

• Наличие скоростных внешних интерфейсов 1G Ethernet, USB 3.0, UART и др. позволяет обеспечить эффективный обмен данными с внешними устройствами (опциональные модули, блок управления/ПК, накопители, регистраторы);

• Конструктивные особенности: возможность установки в конструктив "Евромеханика» 1U (горизонтально) или 3U (вертикально);

• Низкая стоимость за счет применения современной серийной компонентной базы;

• Малые габариты, вес и энергопотребление.

Структурная схема и состав аппаратной части "Flex SDR"

Ключевой особенностью "Flex SDR" является модульная структура, позволяющая использовать одни и те же аппаратные решения в различных системах и в то же время позволяющая адаптировать систему под решение частных задач без серьезных изменений в структуре. Ниже изображена структурная схема "Flex SDR".

Модуль цифровой обработки и интерфейсов (МЦОИ). МЦОИ Является центральным элементом проекта, производит потоковую обработку цифровых данных с модуля расширения FMC, организацию двунаправленных скоростных интерфейсов (USB 3.0, Ethernet 1G, возможна организация высокоскоростного линии связи 4x10G через разъем цифрового расширения). Также заложена память объемом 128Мб (сейчас рассматривается возможность увеличения объема скоростной памяти на борту) для решения задач отложенной обработки, генерации тестовых последовательностей либо буферизации потоков. В составе модуля присутствуют средства отладки встроенного ПО и ПЛИС.

Цена и вычислительные возможности модуля меняются по требованиям заказчика в широких пределах: от 108G (G-миллиарды операций умножения в секунду, 240 умножителей с фиксированной точкой, 18x25 на частоте 450 МГц) до 693G (1540 умножителей). Цена ПЛИС при этом меняется от ~200$ за кристалл (xc7k70t) до ~2500$ за кристалл (xc7k410t). Схемы питания и отвода тепла разрабатываются исходя из самого энергопотребляющего кристалла из линейки. Схема и топология модуля при этом не меняется, так как в линейке ПЛИС Kintex-7 предусмотрена возможность установки различных ПЛИС на одно посадочное место.

Существует принципиальная возможность организации в ПЛИС полноценной SoC (System-on-Chip) путем реализации Soft-процессора внутри ПЛИС. Встроенный процессор может работать под управлением ОС Linux либо без нее.


Возможны следующие режимы работы модуля:

• Host-controlled. В данном режиме управление модулем осуществляется управляющей машиной (хостом) через один из внешних интерфейсов (USB 3.0, UART, USB2UART, High-speed SERDES 4х10G/PCI-Express);

• Standalone. Управление модулем осуществляется внутренним процессором в составе модуля (ARM9@CYUSB3014, Microblaze@Kintex). Возможность работы в режиме Standalone резко расширяет возможности платформы, т.к. позволяет использовать ее в качестве законченного изделия или опытного образца. Это означает, что на базе данной аппаратной платформы можно осуществить полный цикл разработки: от моделирования до создания опытного образца и выпуска законченного изделия.

МЦОИ доступен в нескольких вариантах исполнения, отличающихся установленной микросхемой ПЛИС семейства Kintex-7 с различной ценой и производительностью:

• xc7k70t (цена модуля ~1700$);

• xc7k160t (цена модуля ~2500$);

• xc7k325t (цена модуля ~3500$);

• xc7k410t (цена модуля ~5000$).

FMC модули.Используются FMC модули сторонних производителей. При необходимости, FMC модули могут быть разработаны по требованиям заказчика.

Модули аналоговой предобработки и фильтрации (опционально). Предназначены для организации специализированного радиочастотного тракта для решения конкретной задачи. Осуществляют задачи фильтрации, усиления, переноса частоты.

Модуль цифрового расширения (опционально).Разрабатывается под конкретную задачу (например, организация большого объема памяти, обработка потоков, требующих большой вычислительной мощности, использования специализированных микросхем и т.д.) без изменения базовой платформы.

Модуль управления (опционально).ПК или embedded-решение из числа имеющихся на рынке.

Комплект поставки "Flex SDR"

• плата в сборе (Kintex-7 + Cy3014);

• источник питания;

• ISE Web PACK (поставляется бесплатно);

• руководство пользователя;

• кабель JTAG;

• пример проекта с описанием.

Состав программного обеспечения (ПО) "Flex SDR"

В состав поставляемого ПО для "Flex SDR" входят следующие компоненты:

• ISE Xilinx WebPack для разработки прошивок ПЛИС;

• пример прошивки ПЛИС и контроллера USB 3.0 для трансляции тестовых данных в ПК по интерфейсам 1GE и USB 3.0, соответственно;

• средства отладки встроенного ПО и ПЛИС.

Интерфейсы "Flex SDR"

USB 3.0. Интерфейс организован на основе микросхемы CYUSB3014. Данный интерфейс позволяет осуществлять дуплексный обмен на скорости до 5 Гбит (в настоящий момент используется только 1.6 Гбит). Кроме того, данная микросхема содержит в своем составе процессор ARM9, который можно использовать для управления модулем в режиме Standalone, без связи с хостом.

FMC. Интерфейс организован в соответствии со стандартом VITA57.1 (FMC-HPC, 80 высокоскоростных дифференциальных пар + 4 скоростных сигнала SERDES до 10.125 Гбит). Данное решение позволяет использовать имеющиеся на рынке модули FMC и реализовать ряд весьма перспективных вариантов платы расширения. Так, с использованием данного интерфейса был реализован модуль аналогового приема и оцифровки сигнала с частотой квантования 5 ГГц.

High-speed SERDES (4x10G). Интерфейс используется для подключения опционального модуля цифрового расширения.

Ethernet 1G. Стандартный интерфейс (IEEE группа 802.3) используется для передачи сигналов управления, вывода данных, организации синхронизированных сетей и других целей, обусловленных конкретными задачами проекта.

UART. Интерфейс может быть использован для управления "Flex SDR" при низких и средних скоростях потоков управления и мониторинга. Возможные физические уровни интерфейса: RS-232, RS-485 и др.

Мост USB2UART. Интерфейс может быть использован для отладки встроенного ПО контроллера CYUSB3014.

I2C. Простой интерфейс для подключения низкоскоростных внешних устройств.

JTAG. Отладочный интерфейс для конфигурации и тестирования ПЛИС Kintex-7 при подключении к ПК (ПО Xilinx: Vivado, Impact, ChipScope и др.).

Возможные области применения "Flex SDR"

"Flex SDR" позволяет оперативно разрабатывать и изготовлять аппаратуру для целого ряда сложных радиоэлектронных систем и аппаратно-программных комплексов.

• ШПС модемы;

• радиорелейные модемы;

• базовые станции LTE\3GPP\WiMax

• малогабаритное оборудование для решения задач управления мобильными объектами (дроны, коптеры и т.д.);

• малогабаритное оборудование для организации скоростного канала передачи данных с мобильных объектов;/li>

• модемы спутниковой связи;

• приемники навигационных сигналов, в т.ч. сигналов дифференциальной коррекции;

• организация распределенной синхронизированной сенсорной сети для решения задач геолокации, синхронизация сенсоров осуществляется с использованием сигналов GPS\GLONASS либо по протоколу PTP.;

• оборудование для широкополосного (до 2.5ГГц) спектрального и технического анализа радиосигналов;

• измерительное и тестовое оборудование (генераторы сигналов, анализаторы спектра, осциллографы);