RFSOC的数据存储和传输

expipi刘家伟

已于 2025-02-06 16:03:45 修改

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文章标签：信号处理

于 2025-02-06 12:28:02 首次发布

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背景介绍

基于AMD公司 RFSOC芯片 XC47DR的设计，可具备多达8个 5Gsps速率的ADC通道和8个 5Gsps速率的DAC通道，对应产生或消耗的数据速率可能高达 80GBps（8 x 5Gsps x 2Bytes）。因此，数字系统需要设计合理而灵活的逻辑以存储对应的数据，以便能应对多种应用场景的需求。

对应最高 80GBps的ADC数据流，以及80GBps的DAC数据流，RFSOC 芯片的存储能力和IO能力显得相对不足。

关于芯片的内部存储资源，本产品采用的 XC47DR 内部具备 1080个 4KB RAM，以及 80个 32KB URAM，对应的存储容量分别为4320KB 和 2560KB。这些RAM虽然容量不大，但可以提供足够高的速率，以适配ADC/DAC接口。

关于外部存储资源，XC47DR 芯片可在 PS端驱动 8GB DDR4 SDRAM（64bits或72bits 2400Mbps），PL端可驱动4GB DDR4 SDRAM（32bits 2666Mbps）。由于PS端的内存需分配部分容量和带宽给 ARM处理器，所以可认为用于ADC/DAC数据的外部存储资源大约 10GB容量，以及20GBps的带宽。

关于数据输入输出，XC47DR 在PL端提供2个 4x GTY 高速接口，可运行2个 100Gbps 速率双向串口（例如QSFP光纤），提供大约25GBps的数据传输能力。

综上所述，47DR内部的RAM，可提供8路ADC和8DAC全速运行所需的带宽，但仅可提供数MB的存储容量。外部DDR4可提供大于 20GBps带宽以及10GB容量。对外IO，可提供约 25GBps双向传输。

基于该芯片的上述参数，我们可以在不同的应用模式下，需做出不同的设计组合。

下文给出几种典型的配置方案。

典型配置A: 8通道/5Gsps 实采样

概述

对于典型的电学仪器应用，例如类似示波器或信号发生器应用，系统一般工作在实信号模式，例如在本配置中，8个ADC通道和8个DAC通道，以实数模式（相对IQ模式）工作在 5Gsps采样率下。

此系统中，1路ADC和1路DAC编排为1组，共享256KB高速RAM，可为一路ADC或DAC提供满速率运行所需的双向10GBps的缓冲能力。

系统内集成有专用于ADC/DAC数据缓存的容量为10GB的 DDR4 SDRAM，并提供大于 20GBps的存储速率。该存储空间和速率可灵活分配给1路或多路ADC/DAC。例如，可以为5个2Gsps采样率的ADC通道，或者10个1Gsps采样率的ADC通道提供500ms的连续数据存储。

系统对外提供2个 100Gbps 的QSFP光纤接口，合计提供大于 20GBps的双向数据传输能力。例如，可以使用该接口连接我公司的高速固态存储系统，可实现5Gsps采样下2个ADC通道的连续数据记录，或1.25Gsps采样率下8个ADC通道的连续记录，或该数据速率下的其它工作模式。

数据链路与存储构架

Vivado环境下的工程逻辑顶层

Vivado工程的资源使用报告

技术参数

独立高速缓存RAM

每个ADC/DAC通道配置有独立的 256KB RAM高速存储空间，可全速驱动信号采集和生成。
- 例如，对于5Gsps采样率的ADC其数据率为10GBps，256KB可缓存25.6us的数据。
- 例如，8个采样通道工作均在5Gsps采样率时，可同时对所有通道采集25.6us的数据。
- 例如，ADC工作在较低采样率时，可获得更长的采样时间。
- 例如，对于5Gsps生成率的DAC，8个通道可同时生成25.6us的波形。

高速DDR4 SDRAM

电路系统内集成有容量为10GB的DDR4 SDRAM，提供大于20GBps读写速率。
- 例如，可同时对5个2Gsps采样率的ADC通道进行500ms的连续数据存储。
- 例如，可同时对5个5Gsps采样率的DAC通道按40%占空比驱动脉冲信号。

高速光纤接口

系统对外提供2个 100Gbps QSFP双向光纤接口，合计提供大于20GBps的带宽。
- 例如，连接高速固态存储系统，可对2路5Gsps采样率的ADC通道进行长时间记录。
- 例如，连接高速固态存储系统，可对8路1.25Gsps采样率的DAC通道进行长时间连续驱动。

典型配置B: 8通道/1.25GHz IQ构建

概述

对于典型的软件无线电（通信或电子对抗）应用，系统工作在IQ模式，ADC/DAC对信号的模数或数模转换虽然工作在较高速率，但信号仅占用部分频谱。例如在本配置中，基于上面对 XC47DR 芯片的能力分析，8路ADC工作在5Gsps采样率，但通过IQ正交下变频，可仅处理1.25GHz的带宽，对应每一路ADC产生2.5GBps数据率，8路ADC产生 20GBps数据，这些数据可直接存储到 DDR4 SDRAM，或者通过高速串口（例如QSFP光纤）传输到外部。类似的，8路DAC也可以同时构建8路 1.25GHz带宽的信号。