CPRI的數據幀結構與初始化流程

本文作者：AMD 工程師Gary Pan

CPRI 是無線通信里的一個標準協議，連接 REC 和 RE 的通信。AMD有提供 CPRI IP 核。區別于其它通信協議，如以太網等，CPRI 是一個同步系統。

這就意味著兩端的 Master 和 Slave 應當是同源時鐘的，兩邊不存在頻差，并且內部延時也都是固定的，每次運行可以通過計算獲得，供上層應用使用。因此，可以讓 Master 有一個參考時鐘使用，而 Slave 則利用 GT 從串行數據中恢復出來的時鐘，經過外部一個 Cleanup 的 PLL，產生參考時鐘送回來，供 Slave 參考使用。這樣，兩端就能同源了。

注意，由于 AMD 的 GT 模塊限制，這里外部需要提供一個，在還沒有恢復鐘送到，就能自主產生相同頻率（但有 ppm 差異）時鐘的 PLL；等到 Slave 收到數據，同步并產生恢復時鐘后，外部的這個 PLL 也能將頻率漸漸對齊到恢復時鐘（即對端 Master 真正頻率上面），最終實現整個同步系統。

CPRI 的內部結構如下圖所示。CPRI 數據，主要指的是 IQ 數據通道，另外還有控制數據，包括 Vendor Specific，Slow C&M（即 HDLC 數），Fast C&M（即 Ethernet 數），這些數據共同分享 CPRI 物理層通道。

接下來，分析 CPRI 的數據幀格式，以幫助我們進一步了解這些不同類型的數據，是如何共同復用 CPRI 通道的。

無線通信中，UTRA-FDD 的 Chip Rate 為 3.84MHz（fc）。因此在 CPRI 的協議中，一個基本幀（Basic Frame）的時間長度就是 1/fc=260.416667ns。

那么，CPRI 的基本幀的結構就如下圖所示，如果是614.4Mbps 的 CPRI 應用，那 Y 就只會等于 0，數據為 Z.X.0 打頭，有 16 個 bytes 數組成，第 1 個 byte 一般做控制用，后 15 個 bytes 就是 IQ 數據。

如果是 2457.5Mbps 的 CPRI 應用，帶寬更大，Y 就可以為 0，1，2，3，按照下圖所展示的發送順序發數，一個基本幀里有 Z.X.0，Z.X.1，Z.X.2，Z.X.3，四個控制字，和 60 個 bytes 的 IQ 數據。

進一步，CPRI 每隔 10ms 是一個完整的無線幀，其中由150 個超幀（hyperframe）組成，每個超幀又由 256 個上面的基本幀組成。

之前已經提到過，每個基本幀的第 1 個 byte 一般做控制用；下圖就展示了一個超幀，里面含有 256 個基本幀，這樣一個超幀里就有 256 個 bytes 可作控制用途，非 IQ 數據的 Control Words。

并且，由圖里的位置，可以看到每個 control words 的用途，如 Z.0.0 是用作同步的幀頭數據；Z.1.0 作為 Slow C&M，也就是 HDLC 數據用；而 Z.2.0，Z.66.0，Z.130.0，Z.194.0 這一排四個控制字，會在協議通信，對照信息的時候，都有各自不同的用途定義。

于是，我們結合 AMDIP，看下 CPRI 是如何收發數的。由于 CPRI 是一個完全同步的系統，用戶在使用 CPRI IP 的時候，需要主動每隔 10ms，給 IP 一個 nodebfn_tx_strobe 輸入。IP 會根據用戶此輸入，對應每隔一個基本幀的時間，給出一個 iq_tx_enable 輸出。

基本幀的開頭幾個 bytes 為 control words，來自于各個對應控制數據接口；用戶不用在 IQ 數據接口（iq_tx，iq_rx）管這幾個數，后面則是正常的 IQ 數據收發。

了解了 CPRI 的數據業務如何使用之后，再來看下 CPRI 的初始化流程。CPRI IP 支持自協商，根據用戶選擇的 IP 的可支持速率，從高到低依次下降，與對方互通，直到通信成功為止。

初始化狀態機的運行可以觀察 IP 的 stat_code[3:0] 輸出信號。該狀態機參考 CPRI 協議設計，如下。因此其具體細節，建議直接參照 CPRI 協議。例如，如果初始化狀態機卡在狀態 B 不前進，那意味著此時 IP 無法實現與對端任何通信，可能是 GT 初始化有問題，或者 link 沒有成功，可以先做下近端環回實驗。注意，如果這是一個 Slave 的 CPRI IP，需要先使能 Slave Transmit Enable，再做環回?；蛘呖ㄔ跔顟B C 的話，按照 CPRI 協議，是 Protocol Setup 兩邊沒有對應上，需要檢查 IP 的相關設置，或者看下兩邊收發的 Z.2.0 這個數是否是相一致。

最終，這個 stat_code 狀態走到 F 或者 G，IP 達到了 link 狀態，可以開始進行正常的業務數據收發工作了。

審核編輯：湯梓紅