MathWorks對(duì)Zynq的支持

MathWorks支持基于Zynq的SDR，具體表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1. AD9361 Simulink模型
由于AD9361是一款集成式RF收發(fā)器芯片，信號(hào)探測(cè)和內(nèi)部工作監(jiān)控是不太現(xiàn)實(shí)的。因此，MathWorks和ADI合作開(kāi)發(fā)了AD9361的SimRF?模型，可對(duì)芯片的工作進(jìn)行仿真，以便客戶能夠真正了解到這其中發(fā)生了什么，并知曉在現(xiàn)實(shí)中難以重現(xiàn)的不同測(cè)試條件下芯片性能如何。SimRF使用相同的基帶或電路包絡(luò)模塊 — 比如放大器、混頻器和S-參數(shù)模塊 — 提供RF系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的組件庫(kù)和仿真引擎。它是適合AD9361 RF收發(fā)器建模的有效工具。系統(tǒng)級(jí)AD9361捷變RF收發(fā)器模型（如圖5所示）精確重現(xiàn)了AD9361的功能，并以MathWorks硬件支持包的形式向用戶提供15。

SimRF模型已在實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)過(guò)了功率頻譜測(cè)量驗(yàn)證。不同頻率和功率水平下的收發(fā)器噪聲和非線性特性也已識(shí)別。然后，這些模型設(shè)計(jì)為生成相同的特性，并在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)得到驗(yàn)證。

采用AD9361收發(fā)器SimRF模型后，用戶可以：

預(yù)測(cè)RF缺陷對(duì)測(cè)試信號(hào)的影響

使用參考音和LTE信號(hào)

生成或?qū)霚y(cè)試向量，并評(píng)估非線性、噪聲、增益和相位不平衡、頻譜泄露以及其它RF發(fā)送器和接收器缺陷導(dǎo)致的影響

加入干擾信號(hào)并評(píng)估時(shí)域或頻域結(jié)果

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圖5. AD9361捷變RF接收器的MathWorks SimRF模型

2. 通信和DSP系統(tǒng)工具箱功能
MathWorks產(chǎn)品 — 比如Communications System Tool-box?16、Signal Processing Toolbox?17、DSP System Toolbox?18和SimRF19 — 具有業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)算法和應(yīng)用程序，可進(jìn)行SDR系統(tǒng)的系統(tǒng)性分析、設(shè)計(jì)與調(diào)諧。所有這些工具均提供了創(chuàng)建高保真SDR模型的途徑，可在進(jìn)行真實(shí)物理部署前用來(lái)驗(yàn)證通信系統(tǒng)的表現(xiàn)和性能。

3. 用于Zynq的Simulink工作流程
MathWorks的MATLAB和Simulink是用于多領(lǐng)域仿真和基于模型設(shè)計(jì)的環(huán)境，非常適合仿真具有通信算法的SDR系統(tǒng)。通信算法調(diào)節(jié)增益、頻率偏移、時(shí)序偏移和其它性能變量，并經(jīng)常能更好地同步發(fā)送器和接收器系統(tǒng)。利用仿真評(píng)估通信算法可以有效地確定SDR設(shè)計(jì)是否合適，判斷其合適后再進(jìn)行昂貴的硬件測(cè)試，從而減少算法開(kāi)發(fā)的時(shí)間和成本。圖6給出了設(shè)計(jì)通信算法的有效工作流程，步驟如下：

使用基于模型的設(shè)計(jì)環(huán)境提供的庫(kù)構(gòu)建精確的SDR模型

仿真系統(tǒng)行為以驗(yàn)證系統(tǒng)表現(xiàn)是否符合預(yù)期

產(chǎn)生C代碼和HDL進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試和實(shí)施

利用原型制作硬件測(cè)試通信算法

在原型制作硬件上進(jìn)行仿真和測(cè)試后，如果SDR系統(tǒng)的性能證明是令人滿意的，那么在最終生產(chǎn)系統(tǒng)上實(shí)施與部署系統(tǒng)也將是安全的。

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圖6. 通信算法設(shè)計(jì)的工作流程

4. Simulink平臺(tái)集成至Zynq SDR套件
一旦SDR系統(tǒng)使用MathWorks的Embedded Coder?20和HDL Coder?21等工具完成了全面的驗(yàn)證，用戶就可以利用嵌入式編碼器和VHDL或使用HDL編碼器的Verilog來(lái)生成C語(yǔ)言代碼，然后將代碼部署到原型制作硬件上進(jìn)行測(cè)試，之后便可進(jìn)入最終生產(chǎn)系統(tǒng)。此時(shí)應(yīng)指定軟件和硬件實(shí)施要求，如定點(diǎn)和時(shí)序行為。自動(dòng)生成代碼有助于縮短從概念到實(shí)際系統(tǒng)實(shí)施所需的時(shí)間，消除手動(dòng)編程錯(cuò)誤，確保實(shí)際SDR實(shí)施與模型相符。圖7給出了在Simulink中進(jìn)行SDR系統(tǒng)建模并將其轉(zhuǎn)移到基于Xilinx Zynq SoC的最終生產(chǎn)系統(tǒng)所需的實(shí)際步驟。

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圖7. 從仿真到生產(chǎn)的過(guò)程

第一步是在Simulink中對(duì)SDR系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。在這一階段，通信算法被劃分為在軟件中實(shí)現(xiàn)的模塊和在可編程邏輯中實(shí)現(xiàn)的模塊。劃分和仿真完成后，利用嵌入式編碼器和HDL編碼器將SDR模型轉(zhuǎn)換為C語(yǔ)言代碼和HDL代碼。基于Zynq的原型制作系統(tǒng)用來(lái)驗(yàn)證通信算法的性能，并且?guī)椭M(jìn)一步調(diào)諧SDR模型，然后轉(zhuǎn)移到實(shí)際生產(chǎn)階段。在生產(chǎn)階段，將自動(dòng)生成的C代碼和HDL集成到復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)框架中。此工作流程確保通信算法在到達(dá)生產(chǎn)階段之前經(jīng)過(guò)全面驗(yàn)證和測(cè)試，使得系統(tǒng)魯棒性具有高可信度。Zynq針對(duì)嵌入式編碼器和HDL編碼器推出的硬件支持包提供集成式硬件/軟件設(shè)計(jì)、仿真和驗(yàn)證框架，將基于模型的設(shè)計(jì)集成至工作流程中，簡(jiǎn)化了Zynq平臺(tái)的編程，并實(shí)現(xiàn)了快速設(shè)計(jì)迭代周期，同時(shí)有助于盡早檢測(cè)和糾正設(shè)計(jì)以及規(guī)格錯(cuò)誤22。

結(jié)論

本文說(shuō)明了現(xiàn)代SDR系統(tǒng)的要求和趨勢(shì)，以及為滿足這些要求和幫助實(shí)現(xiàn)更高性能SDR解決方案而由MathWorks、Xilinx和ADI公司帶給市場(chǎng)的工具和系統(tǒng)。通過(guò)將MathWorks基于模型的設(shè)計(jì)和自動(dòng)生成代碼工具與強(qiáng)大的Xilinx Zynq SoC和ADI集成式RF收發(fā)器結(jié)合，SDR系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、測(cè)試和實(shí)現(xiàn)可以比以前更有效率，進(jìn)而提高無(wú)線電系統(tǒng)性能并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。ADI的FMCOMMS平臺(tái)搭配Avnet Zynq-7000 AP SoC便可提供強(qiáng)大的原型制作環(huán)境，供采用MathWorks MATLAB和Simulink的SDR算法設(shè)計(jì)使用。FMCOMMS平臺(tái)帶有一組開(kāi)源參考設(shè)計(jì)，旨在為所有希望評(píng)估該系統(tǒng)的人士提供一個(gè)起點(diǎn)，并且?guī)椭鷨?dòng)任何新SDR項(xiàng)目。

在本系列的下一篇文章中，我們將進(jìn)一步深入探討SDR設(shè)計(jì)過(guò)程，回顧自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視廣播 (ADS-B) 信號(hào)特性，并解釋如何在MATLAB/Simulink仿真中解碼這些信息。

有關(guān)本文中所涉及話題、文檔、視頻和參考設(shè)計(jì)的更多信息，請(qǐng)查看"參考文獻(xiàn)"部分。

參考文獻(xiàn)

1“什么是軟件定義無(wú)線電？”無(wú)線創(chuàng)新論壇。

2?基于模型的設(shè)計(jì)。MathWorks。

3?Zynq-7000 All Programmable SoC。Xilinx。

4?Hill, Tom。“借助MATLAB將電機(jī)驅(qū)動(dòng)遷移到Zynq SoC設(shè)計(jì)中。” Xcell雜志，第87期，2014年第二季度。

5?AD9361。

6?AD9364。

7?“ADI的軟件定義無(wú)線電解決方案”。ADI公司。

8?IIO示波器。ADI公司W(wǎng)iki知識(shí)庫(kù)。

9?Simulink Libiio。ADI公司W(wǎng)iki知識(shí)庫(kù)。

10?什么是Libiio？ADI公司W(wǎng)iki知識(shí)庫(kù)。

11?IIO系統(tǒng)對(duì)象。ADI公司W(wǎng)iki知識(shí)庫(kù)。

12?信標(biāo)幀接收器示例。ADI公司W(wǎng)iki知識(shí)庫(kù)。

13?QPSK發(fā)送器和接收器示例。ADI公司W(wǎng)iki知識(shí)庫(kù)。

14?LTE發(fā)送器和接收器示例。ADI公司。

15?AD9361。

16?“Communications System Toolbox”。MathWorks公司。

17?“Signal Processing Toolbox”。MathWorks公司。

18?“DSP System Toolbox”。MathWorks公司。

19?SimRF。MathWorks公司。

20?“HDL Coder”。MathWorks公司。

21?“Embedded Coder”。MathWorks公司。

22?“Simulink支持Xilinx Zynq”。MathWorks公司。

MATLAB和Simulink是MathWorks公司的注冊(cè)商標(biāo)。

作者：

Di Pu 是ADI公司的系統(tǒng)建模應(yīng)用工程師，支持軟件定義無(wú)線電平臺(tái)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。她與MathWorks密切合作，共同解決最終客戶的難題。加入ADI公司以前，她曾于2007年獲得中國(guó)南京理工大學(xué) (NJUST) 電氣工程本科學(xué)位，并在2009和2013年獲得美國(guó)馬薩諸塞州伍斯特理工學(xué)院 (WPI) 電氣工程碩士和博士學(xué)位。她是2013年WPI博士論文西格瑪西研究獎(jiǎng)獲得者。

Andrei Cozma 是ADI公司工程設(shè)計(jì)經(jīng)理，負(fù)責(zé)支持系統(tǒng)級(jí)參考設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。他擁有工業(yè)自動(dòng)化與信息技術(shù)學(xué)士學(xué)位及電子與電信博士學(xué)位。他參與了電機(jī)控制、工業(yè)自動(dòng)化、軟件定義無(wú)線電和電信等不同行業(yè)領(lǐng)域的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

Tom Hill，Xilinx公司系統(tǒng)發(fā)生器產(chǎn)品經(jīng)理Tom Hill擁有EDA行業(yè)超過(guò)18年的從業(yè)經(jīng)歷。Hill監(jiān)管Xilinx DSP目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)有關(guān)的所有產(chǎn)品、戰(zhàn)略和企業(yè)營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)。Hill最近在AccelChip公司擔(dān)任技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，負(fù)責(zé)DSP應(yīng)用的產(chǎn)品指導(dǎo)和高級(jí)設(shè)計(jì)方法與工具應(yīng)用。加入AccelChip以前，Hill曾經(jīng)擔(dān)任多款FPGA和ASIC頻率合成工具的產(chǎn)品經(jīng)理、技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理、技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)工程師和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。Hill的職業(yè)生涯始于Allen-Bradley和Lockheed公司，擔(dān)任硬件和ASIC設(shè)計(jì)工程師。Hill擁有克里夫蘭州立大學(xué)電氣工程學(xué)士學(xué)位。