In der Regel greifen Entwickler auf modulare Entwicklungstechniken zurück und verwenden Teile bestehender Produkte in nachfolgenden Generationen von Basisstationen wieder. Oft aber engt die Systemarchitektur diese Art der Entwicklung ein, und Teile eines Designs müssen für Produkte der nachfolgenden Generation oder für kleinere bzw. größere Systeme bei der Erweiterung der Produktpalette komplett neu ausgelegt werden. Die Forderung nach mehr Leistung zu niedrigeren Kosten bei Mobilfunk-Basisstationen führte zu einer wachsenden Nachfrage nach modularer Entwicklung. Weil dabei jeglicher Entwicklungsaufwand für mehrere Anwendungen und Standards dienen kann, fallen insgesamt geringere Kosten für die Entwicklung und den Einsatz an. Offene Standards und insbesondere Serial-Rapid-I/O bieten dem Entwickler die richtige Auswahl an Werkzeugen für die Konstruktion von modularen DSP-Designs (Digital Signal Processing). Durch eine Integration des Control- und Datenverkehrs vereinfacht Serial-Rapid-I/O die Kommunikation zwischen Prozessoren. Dies macht es möglich, Produkte wie den Pre-Processing-Switch (PPS) von IDT zu entwickeln. Er entlastet den Prozessor, indem er ihm einfache, zeitraubende Aufgaben abnimmt und dabei zwischen Daten mit hoher bzw. niedriger Priorität differenziert. Die Vorteile der modularen Lösungen auf dem Markt der Wireless-Basisstationen sind Skalierbarkeit und Flexibilität.
Skalierbarkeit und Flexibilität
Eine Lösung ist skalierbar, wenn sie eine problemlose Anpassung der Leistungs- und Kostenkennwerte ermöglicht, sodass sie sich nicht nur für große High-End-Makro-Basisstationen eignet, sondern auch in kleineren Mikro-Basisstationen eingesetzt werden kann. Eine Lösung ist flexibel, wenn sie mehrere Techniken wie etwa WCDMA, CDMA2000 oder WiMax sowohl separat als auch in Kombination unterstützt.
Modularität und architektonische Wiederverwendung setzt voraus, dass standardisierte, direkt ab Lager erhältliche Bauteile verwendet werden, mit denen sich schon frühzeitig im Produkt-Lebenszyklus hohe Leistung erzielen lässt. Der Standard Serial-Rapid-I/O erfüllt diese neuen architekturbezogenen Anforderungen, indem er die Interprozessor-Kommunikation vereinfacht. Er bietet eine breite Palette an Hard- und Softwarelösungen sowie Techniken, die komplementär zu anderen Standards wie ATCA (Advanced Telecom Computing Architecture), GbE (Gigabit Ethernet) und PCI-Express (Peripheral Component Interconnect) sind.
Architektur mit Serial-Rapid-I/O-Switch
Besonders für die Entwicklung der dritten Generation (3G) und darüber hinaus versprechen sich viele Gerätehersteller Vorteile von modularen Basisstationsarchitekturen, in denen ein Serial-Rapid- I/O-Switch CPU, FPGAs, ASICs und DSPs miteinander verbindet. Serial-Rapid-I/O ermöglicht eine genau abgestimmte Unterstützung für diese Endpoint-Cluster und erlaubt dem Entwickler, flexible und skalierbare Architekturen bei geringem Kostenaufwand zu realisieren. Eine derartige switchgestützte Architektur eröffnet ein hohes Maß an Flexibilität bei der Zuweisung einer funktionalen Partitionierung wichtiger Anwendungstasks auf die verschiedenen Endpunkte der Datenverarbeitung. Weil die Architektur nicht mehr eng mit den Algorithmen verknüpft ist, lassen sich Datenverkehr und Verarbeitungsleistung während der Laufzeit auch von einem Bauteil zum anderen verschieben.
Darüber hinaus ermöglicht die Architektur ein hohe Skalierbarkeit, sodass man je nach Bedarf die Anzahl der Endpunkte vergrößern bzw. verkleinern und damit besondere Erfordernisse in Bezug auf Leistung und Kosten berücksichtigen kann. So lässt sich zum Beispiel problemlos die Anzahl der CRPs und DSPs verändern, um ein und dasselbe Design für Pico- und Makro-Basisstationen anzupassen. Es ist augenfällig, wie sich eine solch robuste Hardware-Implementierung als gemeinsame Plattform zur Unterstützung unterschiedlicher Technologien oder einer Palette von Anwendungsanforderungen einsetzen lässt. Die Modularität und die einfache Wiederverwendung sind ein Fortschritt, da sie dem Leiterplattenentwickler die Möglichkeit bieten, Forschungs-, Entwicklungs- und Produktionskosten über ein breites Spektrum an Systemen zu amortisieren. So lassen sich selbst bei einer deulichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit die Einsatzkosten der neuen Technik senken. Eine derartige fabricgestützte Architektur lässt sich mithilfe von Switch-Lösungen implementieren. Pre-Processing-Switches liefern eine wertvolle Kombination aus Datenverteilung und DSP-Beschleunigung für diesen Einsatz: Sie bieten skalierbare Switch-Lösungen, die nicht nur zur Verbindung der verschiedenen Serial-Rapid-I/O-Endpunkte dienen, sondern auch Fähigkeiten zur Datenvorverarbeitung bereitstellen, mit denen sie den DSPs im Cluster wiederholt auftretende Formatierungsaufgaben abnehmen können.Pre-Processing-Switches der zweiten Generation (PPS Gen 2) von IDT adressieren die Anforderungen bezüglich Interconnect und Beschleunigung bei 3G und darüber hinaus. Der Baustein nutzt den Serial-Rapid-I/O-Standard und bietet eine kleinere Anzahl an Ports bei zugleich erweitertem Funktionsumfang. Dabei wurde er optimiert für die Unterstützung von kleineren DSP-Clustern, wie sie im Allgemeinen in Mikro- und Pico-Basisstationen zum Einsatz kommen. Die Produktfamilie bietet die nötige Skalierbarkeit und Flexibilität für den Einsatz in unterschiedlich groß ausgelegten Basisstationsanwendungen, sodass sich Hard- und Software in großem Umfang wiederverwenden lassen. Über einfache Serial-Rapid-I/O-Switches hinausgehend hat der Hersteller moderne Endpoint-Verarbeitungsfunktionen in einen Hochleistungs-Switch integriert, der viele der normalen Funktionen anbietet, die heute nur in teuren FPGAs oder ASICs zur Verfügung stehen. Die PPS-Familie verbessert die Leistung der Basisstation um bis zu 20Prozent, indem sie bandbreitenintensive Aufgaben von DSPs, FPGAs oder ASICs übernimmt.
PPS führen kritische Aufgaben aus
Der aktuelle PPS ermöglicht eine optimale Verteilung der Daten auf mehrere DSPs, wobei er vier Pre-Processing-Blöcke über drei 4x- oder bis zu zwölf 1x-Ports unterstützt und zwischen den Ports flexibel Verbindungen herstellen kann. Jeder Port lässt sich für 3,125, 2,5 oder für 1,25 GBaud konfigurieren. Alle PPS-Lösungen implementieren Standard-Serial-Rapid-I/O-Switching-Operationen und sind zusätzlich in der Lage, kritische Endpoint-Aufgaben, wie etwa Byte- und Paket-Level-Datenmanipulationen, sowie andere mathematische und Speichermanagement-Operationen auszuführen. Diese Entlastung der Baseband-Prozessor-Cluster macht ein großes Maß an Leistung bei zugleich verringerten Kosten, geringerem Stromverbrauch und niedrigerer Designkomplexität möglich. Dadurch entfallen viele der Risiken, die mit der Entwicklung von kundenspezifischen Lösungen zur Adressierung des Pre-Processing-Flaschenhalses verbunden sind. Ein PPS der zweiten Generation bietet gegenüber seinem Vorgänger einen breiteren Endpoint-Funktionsumfang. Dieser umfasst innovative Verbesserungen bei der Unterstützung von Bring-up- und Debugging-Operationen für das System sowie eine erweiterte Auswahl an Pre-Processing-Operationen wie beispielsweise MAC (Multiply and Accumulate). Obwohl die PPS-Lösungen eigentlich für die Baseband-Verarbeitung entwickelt wurden, haben sie sich auch für die Abdeckung von DSP-Cluster-Anforderungen bei einer breiten Palette an Embedded-Anwendungen als nützlich erwiesen.
Unterstützend zu den PPS-Lösungen stehen ATCA- und MicroTCA-kompatible, dedizierte Entwicklungsplattformen zur Verfügung, die der Hersteller gemeinsam mit Texas Instruments entwickelt hat. Daneben sind eine umfassende Palette an Softwareentwicklungswerkzeugen wie GUIs, APIs und Treiber sowie diverse Werkzeuge externer Anbieter erhältlich. Mit ihnen kann der Entwickler die System- und Komponentenkonfigurationen passend zu den Systemanforderungen abstimmen.
Zusammenfassung
Eine fabricgestützte Architektur auf Basis der Serial-Rapid-I/O-Schnittstelle zur Verbindung mehrerer DSPs, FPGAs oder ASICs bietet zahlreiche Vorteile für Entwickler, die moderne Basisstationen konzipieren. Die Verwendung von standardisierten Komponenten senkt Entwicklungs- und Einsatzkosten. Zugleich bietet diese Architektur die nötige Flexibilität und Skalierbarkeit für die Berücksichtigung der unterschiedlichsten Anwendungen und Marktanforderungen. Mit ihr lässt sich der Prozess der Erzeugung modularer Designs vereinfachen, was die Kosten einer Erweiterung für zusätzliche Kapazität oder Systemaufrüstungen senkt. Dies macht die Softwareentwicklung über den gesamten Bereich der unterstützten Anwendungen und Standards erheblich einfacher. Durch die Implementierung von Datenmanipulationsfunktionen im zentralen Serial-Rapid-I/O-Switch ist der Entwickler in der Lage, den Wirkungsgrad der Verarbeitung zu verbessern, die Leistung weiter zu steigern und zugleich die Kosten zu senken.
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