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12-2013

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HF-Praxis 12/2013

Wireless Bild 5:

Wireless Bild 5: Integrieren des auf programmierbarer Logik basierenden AMC-Hardwarebeschleunigungsalgorithmus mit dem Prozessorsystem die Koeffizienten zu erzeugen, die eine hinreichende Annäherung an die inverse Nichtlinearität des PA repräsentieren. Die Algorithmen Autocorrelation- Matrix-Computation (AMC) und Coeffizient-Computation (CC) werden dafür verwendet. Sind die Koeffizienten bekannt, nutzt das Datenpfad-Vorverzerrungssystem diese Daten, um das Signal vorab zu korrigieren, das an den PA übertragen wird. Beschleunigung der DPD-Koeffizienten- Bestimmung Diese Funktionen können natürlich auf unterschiedlichste Art und Weise implementiert werden. Einige davon eignen sich mehr für Software, andere mehr für Hardware. Es gibt auch Funktionen, die sich sowohl für Software, als auch Hardware eignen, es ist aber die erforderliche Leistungsfähigkeit, die letztendlich die Implementierung vorschreibt. Ein PA-SoC erlaubt es den Entwicklern frei zu entscheiden, also sorgfältig zwischen Hardware und Software zu auszuwählen. Soweit der DPD-Algorithmus davon betroffen ist, wird der Datenpfad-Vorverzerrer, der mit sehr schnellen Filtern aufgebaut ist, üblicherweise in der PL implementiert, da er sehr hohe Abtastraten erfordert. Während die Abgleichs- und Bewertungs- Engine, die die DPD-Koeffizienten generiert, auf einem ARM- A9 im PS laufen kann. Um zu bestimmen, was die Implementierung in Hardware im Gegensatz zu Software erfordert, muss die Software zunächst profiliert werden, um zu bestimmen, wo sie viel Zeit verbraucht. Bild 3 zeigt das Softwareprofil des DPD-Algorithmus für die drei in Bild 2 gefundenen Funktionen. Wie die Profilierung zeigt, benötigt der Xilinx-DPD-Algorithmus 97 Prozent der Zeit zur AMC-Verarbeitung, so dass dies eine Funktion ist, bei der eine Beschleunigung am meisten Sinn macht. Zusätzliche Funktionen Der ARM-A9 führt einige zusätzliche Funktionen in seinem Arsenal aus, die ebenfalls dabei helfen, die Leistungsfähigkeit für diese Art von Anwendungen zu steigern. Als Teil des PS hat beispielsweise jeder ARM-A9 eine Fließkommaeinheit und einen Medienbeschleuniger NEON. Der Neon ist ein 128-Bit-SIMD- Vektorprozessor (single instruction multiple data), der 32 x 32 Bit Multiplikationen gleichzeitig ausführen kann, was sich ideal für die Anforderungen der AMC-Funktion eignet, da diese von MAC-Befehlen (multiply accumulate) dominiert wird. Durch Verwendung des NEON- Moduls können Softwareeigenschaften verwendet werden, die die Notwendigkeit für ein Programmieren auf niedriger Ebene in Assembler eliminieren. Durch Ausnutzen der zusätzlichen Funktionen, die im PS vorhanden sind, kann jedoch die Leistungsfähigkeit im Vergleich zu Soft-Prozessoren wie Micro- Blaze oder extern DSPs signifikant gesteigert werden. Um die DPD-Leistungsfähigkeit noch weiter zu steigern, kann es wünschenswert sein, diese Funktionen auf Hardware, die die PL nutzt, zu übergeben. Da die Software jedoch in C/C++ geschrieben ist, kann es ziemlich lange dauern, bis C/C++ in Hardware konvertiert ist, die unter Nutzung von VHDL oder Verilog in der PL läuft. Dieses Problem ist nun mit der Verfügbarkeit von Hochebenen- Synthesewerkzeugen (HLS = high level synthesis) gelöst (z.B. durch mit von C auf RTL umsetzende Tools). Diese Werkzeuge erlauben es, den in der C/C++- Programmierung erfahrenen Entwicklern die Hardware in Form von FPGAs zu generieren. Das Werkzeug Vivado HLS erlaubt es den Entwicklern und Systemarchitekten, C/C++-Code einfach in Programmierbare Logik zu mappen, was wiederum die Wiederverwendung des Codes, eine maximale Portabilität und einen 30 hf-praxis 12/2013

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel