Разработка модема на ПЛИС для радиорелейной системы связи миллиметрового диапазона с использованием методологии модельно-ориентированного проектирования

Использование модельно-ориентированного подхода на основе среды Simulink для всех этапов разработки от создания протокола до генерации кода IP-блоков на языке описания аппаратуры Verilog.

Задача

Разработка высокоскоростного модема на ПЛИС для радиорелейной системы связи

Решение

Использованные продукты:

Simulink
Fixed-Point Designer
HDL Coder
DSP System Toolbox
Communications
System Toolbox

Результат

Успешное выполнение проекта и завершение разработки в четырех-месячный срок, что было бы невозможно при применении традиционной методологии.

Структура приемного тракта

Разработка модема на ПЛИС для радиорелейной системы связи миллиметрового диапазона с использованием методологии модельно-ориентированного проектирования

Рынок телекоммуникационного оборудования характеризуется высоким уровнем конкуренции и быстрыми темпами развития. Поэтому успешный продукт должен иметь отличные функциональные характеристики, низкую себестоимость и быть выведен на рынок без опозданий.
«Радио Гигабит» является разработчиком радиорелейных систем связи, которые лицензируются и серийно выпускаются несколькими производителями телекоммуникационного оборудования в разных странах. ЦИТМ «Экспонента» в свою очередь специализируется на применении модельно-ориентированного подхода при разработке систем связи.
Перед компанией «Радио Гигабит» была поставлена задача разработки нового модема на ПЛИС для радиорелейной системы связи миллиметрового диапазона, которая должна была быть решена в короткие сроки – не более четырех месяцев.

РЕШЕНИЕ

Для решения задачи было решено применить модельно-ориентированный подход на основе системы Simulink.

Уже на первых шагах проекта были применены эффективные способы реализации проекта, включая перенос и эквивалентное тестирование MATLAB функций (изначально не предназначенных для генерации кода ПЛИС) в модели Simulink (модели уже учитывали аппаратную реализацию), последующий их перевод в целочисленную арифметику, генерацию HDL кода и его верификацию в железе (FIL FPGA-in-the-Loop).

Были решены специфичные для данного проекта трудности. Особенностями проекта являются использование высокой частоты тактирования ПЛИС (210 МГц) и необходимость обработки сигналов с полосой до 750 МГц. Это требует применения аппаратных архитектур с параллельной многопоточной обработкой сигналов, что поддерживалось системой автоматической генерации кода и было успешно реализовано в проекте.

В ходе проекта специалист «Экспоненты» по модельно-ориентированному проектированию выполнял сопровождение как на территории «Радио Гигабит», так и удаленно. Это стало одним из ключевых факторов успеха и позволило эффективно решать возникающие трудности, выполнив проект в рекордные сроки.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ

Базовые модели Simulink предоставляют обширные возможности для реализации и проверки (путем численного моделирования) протоколов работы системы беспроводной связи, а также алгоритмов передатчика и приемника.

Пакет Fixed-Point Designer автоматизирует большую часть трудоемкого процесса перевода разработки из арифметики с плавающей точкой в фиксированную точку.

Использование средств автоматической генерации исходных кодов HDL Coder позволяет получить высококачественный читаемый код на языке описания аппаратуры Verilog, при этом параметры генерации кода могут быть настроены под точные требования конечной системы.

Множество стандартных блоков из библиотек DSP System Toolbox и Communications System Toolbox могут быть напрямую использованы в проекте, экономя время и фокусируя внимание разработчиков на реализации уникальных функций системы.

Использование единой среды проектирования значительно упрощает отладку блоков модема на всех стадиях разработки, также позволяя возвращаться на предыдущие этапы и делать итерации в дизайне, не отбрасывая назад график выполнения проекта.

РЕЗУЛЬТАТ

В результате все цели проекта были полностью достигнуты существенно раньше срока. Модем для ПЛИС с необходимой функциональностью и характеристиками был реализован командой из четырех инженеров «Радио Гигабит» при поддержке специалистов «Экспоненты» в указанное время и передан для интеграции в состав радиорелейной системы.

Была подготовлена команда специалистов, владеющая модельно-ориентированной методологией и способная разрабатывать системы цифровой обработки сигналов от уровня спецификации до IP-блоков, готовых для интеграции на ПЛИС. Полученная модель модема является расширяемой и переносимой, формируя хороший задел для создания на ее основе новых продуктов и решений.

Освоенные элементы технологии модельно-ориентированного проектирования помогут выполнять большее количество проектов за то же время с теми же ресурсами. Результаты приглашения в проект куратора модельно-ориентированного проектирования от ЦИТМ «Экспонента» превысили ожидания и позволили за короткое время получить ощутимую отдачу от внедрения элементов методологии МОП еще и во втором проекте, разработка которого велась параллельно.

Рабочие процессы

Встраиваемые системы и ПЛИС Системы связи

Продукты

DSP System Toolbox HDL Coder Fixed-Point Designer Генерация HDL описания для ПЛИС

Сферы

Беспроводные системы связи

${message}