俄罗斯企业推出了一款本土研制的专为雷达、SDR(软件定义无线电)、数字信号处理和机器学习应用而开发的FMC151P 载板模块。该项目由 InSys 公司实施,其主要特性包括射频(RF)信号直接数字化、为 FPGA 配备 16 GB DDR4 内存、支持 PCIe x8 Gen4 接口以及两个 100GbE 端口。
具体详情如下:
FMC151P 载板模块旨在构建基于 PCI Express 总线个人计算机的信号记录、处理和生成系统。该模块由 InSys 公司开发——这是一家成立于 1989 年的俄罗斯企业,专精于信号采集与数字处理领域的软硬件技术。据开发商介绍,FMC151P 可安装在 PCI Express 插槽中,并符合 PCI-SIG 发布的 PCI Express 卡机电规范4.0 版标准。该模块架构的一大特色是支持符合 FEM(前端夹层卡/Front-End Mezzanine)标准的模拟夹层卡。这些夹层卡扩展了平台的功能,允许根据具体任务需求连接各种类型的模拟信号通路。此外,该模块还可在无需安装至 PCI Express 插槽的情况下,作为独立分布式系统的一部分运行。其典型应用领域涵盖雷达与无线电导航、SDR 系统、数据编解码、流媒体音视频处理、基于网络协议实现的高速数据传输、神经网络计算以及机器学习。
该模块基于 AMD Zynq UltraScale+ RFSoC XCZU48DR 片上系统(SoC)构建。AMD 选用该平台是因为它在单芯片上集成了高速射频转换器、可编程逻辑、多核 ARM 处理器以及高速收发器。这种高度集成设计减少了组件数量,降低了功耗与延迟,并实现了射频信号的直接数字化,无需外部 ADC(模数转换器)和 DAC(数模转换器),也无需在这些转换器与逻辑电路之间使用 JESD204 接口。XCZU48DR 芯片拥有超过 90 万个逻辑单元和超过 38 Mbit 的集成存储器。可编程逻辑与多核 ARM 处理器协同工作,并由两组 8 GB DDR4 内存(总计 16 GB RAM)提供支持。
该处理器采用异构架构设计。主处理器包含四个 ARM Cortex-A53 核心(主频高达 1.5 GHz),每个核心配备 32 KB L1 缓存,并拥有 1 MB 共享 L2 缓存及 256 KB 集成内存。该子系统专为操作系统、应用程序任务、网络协议栈及外设管理而设计。实时处理器包含两个 ARM Cortex-R5 核心(主频高达 600 MHz),配备 32 KB L1 缓存及 128 KB 集成核心内存;它能确保响应的确定性,适用于中断处理、转换器控制、同步及紧急程序。处理器配备 8 GB DDR4 RAM。非易失性存储包括用于引导的 1024 Mbit QSPI 存储器、32 GB eMMC 4.51 NAND 闪存,以及 M.2 SSD 插槽和 microSD 插槽。
模数转换部分完全由 RFSoC 的功能定义。该模块配备八个 14 位 RF-ADC 通道,采样率高达 5 GSPS,每个通道均支持下变频(DDC)功能,系数涵盖 1x、2x、3x、4x、5x、6x、8x、10x、12x、16x、20x、24x 和 40x。此外,模块还包含八个 14 位 RF-DAC 通道,采样率高达 9.85 GSPS,每个通道均支持上变频(DUC)功能,且系数与 DDC 相同。片上集成的 DDC 和 DUC 功能支持数字滤波和重采样,无需占用可编程逻辑资源。接口部分包括 PCIe x8 Gen4 系统接口、两个 100 Gbps QSFP28 收发器、用于 ARM 处理器的 1000Base-T 控制器、用于处理器的 Mini USB 2.0 接口,以及用于 RFSoC 的 JTAG 和 UART Mini USB 2.0 接口。软件支持方面,该产品利用 AMD Vivado ML 工具进行 HDL 和系统级设计,并采用 PYNQ 框架,通过 Jupyter Lab 提供针对可编程逻辑的 Python 接口。基于 InSys 专有 Nebula-XI 架构的软件将于 2024 年起提供,用于演示和应用开发;基于 Bardy 架构的解决方案也可应要求提供。软件套件包含适用于 Linux Debian 12 Bookworm、Linux Astra 1.8 以及 Windows 10 (MSVC142 及更高版本) 的 NBX-driver 内核驱动程序(支持 Linux 内核 5.1–6.11)、C++ NBX-Lib 库、NBX-Lib-API 编程接口、NBX-Apps 演示应用程序、ISVI 信号分析程序,以及符合 GOST R 70916–2023 标准的复杂功能模块;这些模块在 FPGA 层面实现了对夹层模块和高速接口的支持,并以包含源代码和测试环境的项目形式,或以现成的 FPGA 配置文件形式提供。
直接射频 (RF) 链路、异构处理器系统、大容量存储、高速接口以及先进软件支持的结合,使 FMC151P 成为处理宽带模拟信号与计算密集型数字信号的理想平台,适用于需要两者同步运行的应用场景。
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