簡述RF 分析儀的三大構(gòu)成部分

在有關(guān) RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的博文中，我們了解了什么是軟件驅(qū)動以及可以如何用它來管理 RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 IP 的狀態(tài)和控制。

我們介紹了可以如何通過編寫一個簡單的獨(dú)立應(yīng)用來幫助調(diào)試系統(tǒng)中的 RF-ADC 和 RF-DAC 。

在那篇博客中，我提到賽靈思已通過一個叫作 RF Analyzer 的工具實(shí)現(xiàn)了在任何電路板上的任何器件上啟用了 RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的調(diào)試功能。我現(xiàn)在將用接下來的兩篇博文來拆箱此實(shí)用程序、查看其主要功能，并了解我們可以如何用它來管理 RF-ADC 和 RF-DAC 塊。我還會講講如何用它來生成 RF-DAC 激勵，以及如何查看和分析 RF-ADC 接收的數(shù)據(jù)。

這篇博客由上，下兩部分組成，專門針對 RF Analyzer 而編寫。在本篇文章中，我們來看一下該工具是由哪些塊構(gòu)建的。我認(rèn)為這個 RF 分析儀是由三條主線組成的。

首先是 PL 設(shè)計(jì)，它是由 Zynq UltraScale+ RF Data Converter IP 示例設(shè)計(jì)、用于啟用 RF 子系統(tǒng)狀態(tài)和控制的 MicroBlaze，以及用于寫入和讀取 GUI 數(shù)據(jù)的 JTAG to AXI Master IP 組成的。此設(shè)計(jì)中還包含一些時鐘生成功能。

該設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)就是您擁有與您的設(shè)計(jì)相匹配的 IP 配置。這意味著您現(xiàn)在已經(jīng)將 RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與您的設(shè)計(jì)的其他部分分離開來。這讓您能夠剝離設(shè)計(jì)的其余部分，而只查看系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能、捕獲 RX 數(shù)據(jù)，并分析“RF Analyzer GUI”中的數(shù)據(jù)。

應(yīng)該理解為，這種獨(dú)立靈活設(shè)計(jì)的成本是無法管理 DDR 內(nèi)存的（因?yàn)槲覀兿胍谌魏纹骷?任何電路板上啟動），因此用于回放/捕獲的存儲空間是通過片上的 Block RAM 構(gòu)建的。為了便于使用，我們還為每個帶有分析儀數(shù)據(jù)包的可用器件提供了預(yù)先構(gòu)建的比特流。

在 PL 比特流之后，我們有一個 MicroBlaze 應(yīng)用。該應(yīng)用旨在管理 PL 設(shè)計(jì)中的控制路徑。在較高的層級，它可以接收來自 RF Analyzer GUI 的命令、對其進(jìn)行解析，并通過驅(qū)動 API 從各個塊中讀回請求的數(shù)據(jù)，甚至可以修改塊的設(shè)置。這是以 RF 分析儀設(shè)計(jì)的 ELF 文件的形式提供的。

在頂層有一個 Labview GUI，允許您與 RF-ADC 和 RF-DAC 塊連接，以進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲和激勵生成/回放。該 GUI 遵循與 ZCU111 RFSoC Evaluation GUI 相同的樣式。

下圖顯示的是完整 RF 分析儀的展示圖。

既然我們對 RF 分析儀有了初步的了解，那就讓我們來更深入地了解一下。最好的辦法是從定制的 IP 配置開始，并逐一了解一下在 RF Analyzer 環(huán)境中使用它所需的所有步驟。

在本示例中，我們將使用 ZCU1275 功能描述電路板。該電路板配有 16x16 ZU29DR 器件。我們實(shí)際上不需要對這個電路板太了解。我們只需要確定以下內(nèi)容：

轉(zhuǎn)換器時鐘已設(shè)置

Bullseye連接器在構(gòu)建中連接妥當(dāng)，以與我們特定的IP配置相匹配

RF 分析儀會對其余部分進(jìn)行管理。我們稍后會回過頭來討論這個問題。

第一步是設(shè)置 IP。這是我們構(gòu)建 RF Analyzer PL 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。您可以從 IP 目錄中選擇它，也可以在“IP Integrator”中的塊設(shè)計(jì)(block design)中找到它。

所以，我認(rèn)為展示 RF-ADC 和 RF-DAC 配置并查看一些 CW（連續(xù)波）音調(diào)是有意義的。

然后，我們會設(shè)置兩個塊以啟用環(huán)回，我們還可以從 RF-DAC 發(fā)送上轉(zhuǎn)換 QAM16 矢量并通過 RF-ADC 來接收它。

在本示例中，我們將運(yùn)行采樣率為 1966.08 MHz 的 RF-ADC 和采樣率為 3932.16 MHz 的 RF-DAC。

您最終獲得的 IP 類似于此處顯示的 IP。兩個 DAC 塊皆處于活動狀態(tài)，并使用了兩個ADC塊。

您現(xiàn)在可以單擊“OK”并決定跳過 IP 的 OOC 綜合。

我們必須指示工具，當(dāng)我們創(chuàng)建示例設(shè)計(jì)時，我們打算啟用 RF 分析器。您需要在 Vivado Tcl 控制臺中輸入以下命令。

set_property -dict [list CONFIG.RF_Analyzer {1}] [get_ips]

接下來，右鍵單擊 IP 并點(diǎn)擊“Open Example Design”。您隨即會獲得一個包含示例設(shè)計(jì)和 Analyzer 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的新工程。

在此設(shè)計(jì)的頂層，我們利用 STARTUPE3 塊為設(shè)計(jì)提供 AXI4-Lite 時鐘和外部復(fù)位。您將在設(shè)計(jì)的頂級 RTL 封裝中看到此步驟實(shí)例化。

一旦加載了比特流，就會在 PL 結(jié)構(gòu)中置位 EOS（啟動結(jié)束）信號。此步驟對復(fù)位進(jìn)行管理，并會啟動設(shè)計(jì)和應(yīng)用的運(yùn)行。

如前所述，該設(shè)計(jì)包含 MicroBlaze。

這將對 RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和時鐘的狀態(tài)和控制進(jìn)行管理。如果您右鍵單擊此處，您會看到有一個與之關(guān)聯(lián)的 ELF 文件。

這將嵌入對比特流中的設(shè)計(jì)和 Analyzer GUI 之間的通信進(jìn)行管理的程序。

您還將在此塊設(shè)計(jì)中看到 JTAG to AXI master IP。該 master IP 將分別管理 Source 和 Sink IP 的數(shù)據(jù)路徑。

我們利用 AXI SmartConnect 來管理 MicroBlaze/JTAG2AXI Master 與其他設(shè)計(jì)之間的接口。

您可以看到與 IP 示例設(shè)計(jì) AXI4-Lite 接口的連接：

還有一個時鐘塊。這需要塊輸出時鐘并使用 MMCM 將 AXI4-Stream 時鐘驅(qū)動到各個塊。每個 MMCM 都啟用了 AXI DRP 端口。這使我們能夠靈活地管理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器時鐘的變化，并在運(yùn)行時擴(kuò)展 AXI4-Stream 時鐘。

現(xiàn)在我們來深入了解一下帶有 IP 示例設(shè)計(jì)的層級結(jié)構(gòu)。

當(dāng)我們在主項(xiàng)目中進(jìn)行配置時，我們可以看到該層級包含 RF Data Converter IP、DAC 源和 ADC 接收器。這些塊是 RTL，如果右鍵單擊并選擇“Go to Source”，您可以更詳細(xì)地進(jìn)行查看。

RF-DAC 數(shù)據(jù)激勵塊由可以加載樣本的 128 kbits 的塊 RAM 組成，這些樣本接著會被發(fā)送到 RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換核中啟用的 RF-DAC 通道。

實(shí)際上，DAC 源只是一個構(gòu)建 BRAM 的 XPM，可以使用新的激勵寫入 BRAM，也可以將其內(nèi)容傳輸?shù)?DAC。

激勵塊中的每個通道都會驅(qū)動 Zynq UltraScale+ RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 IP 核上的 AXI4-Stream。由于每個轉(zhuǎn)換器最多可以有四個 AXI4-Stream 接口，因此 DAC 源塊中最多有 16 個通道。每個啟用的 AXI4-Stream 接口都會被映射到從 DAC0開始的連續(xù)通道。

DAC 激勵塊的寄存器映射包含在(PG269). 的表 56 中。同樣，可以在 Sink 塊中捕獲 ADC 流數(shù)據(jù)并進(jìn)行回讀。

Zynq UltraScale+ RF 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器上每個啟用的 AXI4-Stream 輸出數(shù)據(jù)都存儲在數(shù)據(jù)采集塊的單獨(dú)通道中。由于每個轉(zhuǎn)換器最多可以有四個 AXI4-Stream 接口，因此數(shù)據(jù)捕獲塊中最多有 16 個通道。

啟用的 AXI4-Stream 接口會被映射到以 ADC0開始的連續(xù)通道。

每個通道的存儲包括 128 kbit 的塊 RAM。捕獲塊的地址映射可以在(PG269)的表 55 中找到。

在我們實(shí)現(xiàn)它并生成比特流之前，您可以在以下文件中查看我們對設(shè)計(jì)的約束：

usp_rf_data_converter_0_example_design.xdc

這些約束可以創(chuàng)建主時鐘并會添加一些 PBlock 進(jìn)行平面布局設(shè)計(jì)，以便激勵和捕獲存儲器能夠和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器塊放在相鄰的位置。

為了管理 axi_aclk 域和 AXI4-Stream 時鐘域之間跨時鐘域的靜態(tài)控制信號，添加了一些時序例外。

例如，num_samples_reg 會提示數(shù)據(jù)激勵和示例設(shè)計(jì)中的捕獲塊要從 RF-ADC 塊獲取多少樣本或要發(fā)送多少樣本到 RF-DAC 塊。由于這是在控制路徑上，因此它與 axi_aclk 同步。然后，該設(shè)置會按照在 AXI4-Stream 時鐘上運(yùn)行的 Stimulus 和 Capture 塊中的地址計(jì)數(shù)器邏輯來使用。信號不應(yīng)經(jīng)常變化（如果有變化的話），因此在實(shí)現(xiàn)過程中將其作為定時路徑忽略不會有問題。

在此階段，您可以將設(shè)計(jì)一直運(yùn)行到 write_bitstream。

您會看到時序條件已滿足。注意：Pblock 用于鎖定相關(guān)塊旁邊的捕獲和激勵內(nèi)存。

比特流的運(yùn)行路徑類似于以下路徑：

\ip_name\ip_name.runs\impl_1

現(xiàn)在我們已準(zhǔn)備就緒，可以下載此比特流了。我們擁有使用分析儀所需的一切，可以查看電路板上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器了。

下次我們將通過 ZCU1275 功能描述電路板來啟動此比特流并探索“RF Analyzer GUI”的功能。

回頭見！