OFDM802.11a的FPGA实现（十四）data域的设计优化，挤掉axi协议传输中的气泡

原文链接（相关文章合集）：OFDM 802.11a的xilinx FPGA实现

目录

1.前言

2.data域的时序要求

3.Debug

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1.前言

  前面12篇文章详细讲述了，OFDM 802.11a发射部分data域的FPGA实现和验证，今天对data域的设计做一个总结。在总结过程中，发现了设计中存在bug，经过检查和调试成功的解决了bug，现在对整个过程进行详细描述。

2.data域的时序要求

  前面设计的时候说到过，根据信道间隔（channel spacing）的不同，可以计算出如下一些参数：

时序参数

时序参数

  可以看到当信道间隔为20MHz时，一个OFDM的符号的有效数据周期是3.2us，一个OFDM的符号周期是4us。假设采样率是20M，那么该采样率下的采样周期是50ns，因此一个OFDM符号的有效周期需要64个采样点。所以我们只要保证IFFT的输出数据速率大于20MHz即可，后续在DAC输出的时候，再将数据速率降到20M，由于我们设计的时候数据流一直采用的是vaild-ready握手机制，DAC没有输出完当前数据会对前面的一系列处理形成反压，进而可以保证OFDM符号间不会存在间隙。   

考虑到IFFT的输出需要满足20MHz的数据速率，使用最快的传输方案，64-QAM调制+3/4编码效率。编码前的数据速率应该为2063/4=90MHz；编码后的数据速率为20*6=120MHz。为了仿真方便，系统时钟选取125MHz。  

 总而言之，就是data域的数据必须是以20MHz的速率送给DAC，可以大于20M，但是不能低于20M。也就是，上一个IFFT输出（经过加循环前缀和加窗之后）的80个数据，和下一个之间的时间间隔不能大于8us。

3.Debug

  对于之前的设计，按照如下连接方式进行测试：

data域模块连接图

  采用64-QAM调制+3/4编码效率。之前的设计仿真结果如下：

之前有bug的设计仿真结果

从上图可以看到，每个IFFT输出之间，间隔为,是不能够保证OFDM符号间不会存在间隙的，除非将系统时钟提高，但是这样会带来更大的挑战。所以还是着手于去排查问题，检查中间传输是否存在气泡，影响效率。

并串转换存在传输气泡

如上图所示，并串转换模块在进行最后一个数据输出后，隔了一个时钟才开始像上游请求接收数据。按理说，应该在传输完最后一个数据，dout_rdy立即拉高，向上游请求接收数据，这里延迟了一个时钟导致产生了一个传输气泡。由于64-QAM调制+3/4编码效率，测试数据一个OFDM符号为216个数，第一次并串转换和后面卷积编码和删余之间使用的模2的并串转换，均会产生大量传输气泡，大大增加了系统延时。点此跳转到之前设计的并串转换模块

更正设计，挤掉传输气泡，代码如下（其中counter为自己设计的计数器IP核点此跳转到计数器篇）：

assign wr_en  = dout_rdy & din_vld ;//与上游握手成功，开始接收数据
assign rd_en  = din_rdy & dout_vld ;//与下游握手成功，启动读计数器，开始输出
 
counter #(.CNT_NUM(WIDTH),
  .ADD(LSB_FIRST))
u_counter(
 .clk  (clk    ), 
 .rst_n  (rst_n    ),
 .En_cnt  (rd_en    ),      
 .cnt  (cnt    ), 
 .cnt_last (cnt_last   )
);
 
assign  dout = din_r[cnt];
 always @(posedge clk or negedge rst_n)
 if(!rst_n)begin
  din_r <= 'd0;
  dout_vld <= 1'b0;
 end
 else if(wr_en)begin
  din_r <= din;
  dout_vld <= 1'b1;//写进数据时，输出有效
 end
 else if(rd_en & cnt_last)
  dout_vld <= 1'b0;//输出完成，输出无效；只有在输入数据无效的时候才会进入次判断，保证无气泡传输
  
/* //初始化时，或输出数据完成，可以接收数据（之前含有气泡的设计）
always @(posedge clk or negedge rst_n)
 if(!rst_n)
  dout_rdy <= 1'b1;
 else if(cnt_last & rd_en)
  dout_rdy <= 1'b1;
 else if(wr_en)
  dout_rdy <= 1'b0; */ 
assign dout_rdy = cnt_last & rd_en | ~dout_vld;//更正后挤掉气泡

如下图所示，可以看到更正之后，数据连续传输，没有气泡。

挤掉并串转换传输气泡

对IFFT输出间隔进行测量：

Debug后IFFT输出间隔

如上图所示，输出间隔为,符合802.11a协议的要求。64-QAM调制+3/4编码效率，符合要求，那么802.11a中其他调制方式也肯定符合要求。

下面是10个OFDM符号，采用64-QAM调制+3/4编码效率，加窗后，FPGA输出和Matlab仿真对比。

实部

虚部

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