原标题：SP2700系列处理器在无线基带处理中的应用

　　LSI应用工程师 王华斌

　　LSI公司SP2700系列有SP2704和SP2716两款StarPro多核媒体与基带处理器，该处理器是第三代基于StarCore DSP的多核DSP和RISC CPU平台。4核SP2704和16核SP2716旨在满足下一代无线、有线以及企业基础设施等各种应用对高通道密度、优化成本和低功耗的需求，为从企业级到电信级的媒体网关、无线基站等各种应用提供统一平台。

　　SP2700系列软件上兼容前代已经被广泛应用于GSM、GPRS和EDGE的 SP2600系列处理器，因而可以从现有的LSI媒体及基带处理器设计方案进行无缝移植。同时SP2700系列处理器的新DSP内核还针对UMTS和 LTE进行了硬件结构和指令级的优化，从而大大提升了在UMTS和LTE的基带处理能力。本文着重介绍SP2700系列处理器的架构及其在无线基带处理特别是UMTS和LTE中的应用。

　　SP2704的架构

　　如图1所示，SP2704主要包括DSP子系统(DSS)、包处理子系统(PPB)、DSP总线矩阵、PPB总线矩阵和各种片上外设。

　　DSP子系统(DSS)

　　4 个频率为750MHz的StarCore SC3400e DSP子系统，适用于UMTS和LTE的基带信号处理、语音和视频信号压缩/解压缩处理。其中每个DSP子系统包含本地零等待RAM、32KB L1指令高速缓存、32KB L1数据高速缓存、512KB L2高速缓存和两个专用的2通道DMA控制器。DSS的核心为StarCore3400e DSP内核，简称为SC3400e。SC3400e是SP2600系列处理器所使用的SC3400的下一代DSP内核，该内核是针对多媒体和无线通信应用的DSP内核,在SC3400(提供针对这两类应用的专用指令，如专用的维特比译码指令可以取代维特比协处理器而达到同等的处理能力)的基础上，提升了对复数、实数运算、跳转控制的处理能力，这个特点将大大提升UMTS和LTE的基带处理能力。

　　包处理子系统(PPB)

　　PPB是基于双ARM11 MP的子系统，工作频率为DSS工作频率的一半。它的主要功能是处理输入/输出的数据包并管理SP2700芯片本身。每个ARM内核有64KB指令高速缓存和64KB数据高速缓存，

　　DSP总线矩阵和PPB总线矩阵

　　超高带宽DSP总线矩阵和PPB总线矩阵可用作数据处理功能模块的系统互连，以1/2 DSP子系统时钟速率运行，带宽分别是128位和64位，数据吞吐率高，可以满足各个内核数据交互的低延时需要。

　　片上外设

　　SP2704拥有丰富的片上外设：

　　• 10/100/1000/2500-Mb/s以太网MAC，可配置为FE(SS-SMII)或 GE(SGMII);

　　• TDM处理模块通过6个串行端口进行TDM 流量的多路复用和解多路复用;

　　• 10Gb/s x4 sRIO接口(4个3.125-Gb/s Lane)或者配置为两个独立的 x1 SRIO接口;

　　• PCIe接口;

　　• 32位DDR3接口工作频率高达1066MHz。

　　SP2700系列处理器的优势

　　SP2700系列处理器继续沿用SP2600系列芯片的包处理子系统加多个DSP子系统的构架，丰富的片上存储器资源和灵活的接口以及先进的制造工艺，使得它们成为了理想的基带处理和媒体网关处理芯片。

　　首先，SP2700丰富的片上存储器资源一方面有利于降低硬件成本，另一方面可以提高芯片的处理能力。SP2700的DSS中，不但有32K byte的程序和数据一级Cache，而且还有零等待RAM，如图1所示的Local RAM。这样，运行频繁的核心代码可以放在Local RAM中;也可以在该RAM中开辟多个缓冲区，通过DMA首先将数据搬移过来，因为DSP内核可以快速访问到所需数据，并将处理好的数据快速存储到该 RAM上，再通过DMA将数据搬移出去。同时SP2700的DSS中还有512K字节的L2 Cache，当然该Cache还可以配置成片内RAM，除此之外，SP2700还有6M字节的系统内存(如图1所示)。由此可见，对于存储性要求不多的应用，可以不需要外挂DDR。

　　其次，SP2700自带2个ARM11 MP内核，ARM内核在专用硬件的支持下专用于包处理，这就使得DSP内核可以专注于密集的数学运算从而发挥出它们作为数字信号处理信的优势而达到很高的实际运算能力。

　　而且SP2700的DSP内核SC3400e根据UMTS和LTE的基带信号处理中大量复数运算的特点，加强了算术逻辑功能单元(ALU)对于复数乘法的处理性能，使得SP2700的DSP内核复数运行的处理能力是SP2600的4倍。同时SP2700延续并扩展了SP2600的多核设计，多核设计可以在大幅降低工作时钟频率的情况下达到与高频率单核处理器相当的处理能力，而较低的时钟频率可以有效降低芯片的功耗。多核器件中的各个内核共享同一个内存子系统，所以它们可以共享内存中的内容。因此，如果各内核运行同一个应用，那么共享同样代码和数据就可以缩减所需的内存数量，从而进一步降低成本。因此目前各个DSP厂商也大多采用了多核架构。

　　SP2700在UMTS和LTE基带处理中的应用

　　为满足用户对于宽带无线的需求，当前无线网络技术飞速发展，如图2所示，由GSM到3G到LTE，网络速率不断提升，从HSDPA的下行14.4Mbps、上行速率384kbps到LTE 的下行速率可达300Mbps、上行达75Mbps。无线运营商需要功能强大、高度可扩展可升级的解决方案，方能满足宽带、实时多媒体业务的爆炸式增长需求。LSI推出的SP2704和SP2716可帮助网络和电信设备厂商以更低的成本和风险在整个网络创建并部署高容量、媒体丰富且可在任意设备间实现无线通信的业务。

　　图1 SP2704 媒体和基带处理器结构图

　　图2 GSM、UMTS演进

　　图 3是基于SP2704处理器的软件系统架构，该架构在SP2704处理器上分4层，分别是RTOS(实时操作系统)和Chip Driver(片级驱动)、基带处理优化库、客户自身的LTE或UMTS固件框架、客户的LTE或UMTS的应用程序。LSI基于UMTS和LTE基带信号处理的特点，开发了高性能的优化库，如图3的橙色部分所示，包含有基本信号处理的库如FFT变换、矩阵乘法等，LTE基带信号处理模块库，UMTS Symbol Rate和Chip Rate处理库等。客户可以基于这些库开发出UMTS或LTE的基带处理平台，由于主处理器都是SP2704，所以一方面更有利于统一硬件平台，另一方面也有利于产品方案的平滑演进。

　　图3 基于SP2704 的LTE和UMTS软件系统结构

　　在 SP2700系列处理器中除SP2704外，SP2716以更高的集成度满足客户对更高的信号处理密度的需求，采用小型低成本BGA封装，将4个分立 SP2704裸片封装起来，即单片SP2716可以达到4片SP2704的处理能力。这使LTE或UMTS基带信号处理对于宏基站的应用达到更高的性价比。

　　GEC