CPRI的数据帧结构与初始化流程

本文作者：AMD 工程师Gary Pan

CPRI 是无线通信里的一个标准协议，连接 REC 和 RE 的通信。AMD有提供 CPRI IP 核。区别于其它通信协议，如以太网等，CPRI 是一个同步系统。

这就意味着两端的 Master 和 Slave 应当是同源时钟的，两边不存在频差，并且内部延时也都是固定的，每次运行可以通过计算获得，供上层应用使用。因此，可以让 Master 有一个参考时钟使用，而 Slave 则利用 GT 从串行数据中恢复出来的时钟，经过外部一个 Cleanup 的 PLL，产生参考时钟送回来，供 Slave 参考使用。这样，两端就能同源了。

注意，由于 AMD 的 GT 模块限制，这里外部需要提供一个，在还没有恢复钟送到，就能自主产生相同频率（但有 ppm 差异）时钟的 PLL；等到 Slave 收到数据，同步并产生恢复时钟后，外部的这个 PLL 也能将频率渐渐对齐到恢复时钟（即对端 Master 真正频率上面），最终实现整个同步系统。

CPRI 的内部结构如下图所示。CPRI 数据，主要指的是 IQ 数据通道，另外还有控制数据，包括 Vendor Specific，Slow C&M（即 HDLC 数），Fast C&M（即 Ethernet 数），这些数据共同分享 CPRI 物理层通道。

接下来，分析 CPRI 的数据帧格式，以帮助我们进一步了解这些不同类型的数据，是如何共同复用 CPRI 通道的。

无线通信中，UTRA-FDD 的 Chip Rate 为 3.84MHz（fc）。因此在 CPRI 的协议中，一个基本帧（Basic Frame）的时间长度就是 1/fc=260.416667ns。

那么，CPRI 的基本帧的结构就如下图所示，如果是614.4Mbps 的 CPRI 应用，那 Y 就只会等于 0，数据为 Z.X.0 打头，有 16 个 bytes 数组成，第 1 个 byte 一般做控制用，后 15 个 bytes 就是 IQ 数据。

如果是 2457.5Mbps 的 CPRI 应用，带宽更大，Y 就可以为 0，1，2，3，按照下图所展示的发送顺序发数，一个基本帧里有 Z.X.0，Z.X.1，Z.X.2，Z.X.3，四个控制字，和 60 个 bytes 的 IQ 数据。

进一步，CPRI 每隔 10ms 是一个完整的无线帧，其中由150 个超帧（hyperframe）组成，每个超帧又由 256 个上面的基本帧组成。

之前已经提到过，每个基本帧的第 1 个 byte 一般做控制用；下图就展示了一个超帧，里面含有 256 个基本帧，这样一个超帧里就有 256 个 bytes 可作控制用途，非 IQ 数据的 Control Words。

并且，由图里的位置，可以看到每个 control words 的用途，如 Z.0.0 是用作同步的帧头数据；Z.1.0 作为 Slow C&M，也就是 HDLC 数据用；而 Z.2.0，Z.66.0，Z.130.0，Z.194.0 这一排四个控制字，会在协议通信，对照信息的时候，都有各自不同的用途定义。

于是，我们结合 AMDIP，看下 CPRI 是如何收发数的。由于 CPRI 是一个完全同步的系统，用户在使用 CPRI IP 的时候，需要主动每隔 10ms，给 IP 一个 nodebfn_tx_strobe 输入。IP 会根据用户此输入，对应每隔一个基本帧的时间，给出一个 iq_tx_enable 输出。

基本帧的开头几个 bytes 为 control words，来自于各个对应控制数据接口；用户不用在 IQ 数据接口（iq_tx，iq_rx）管这几个数，后面则是正常的 IQ 数据收发。

了解了 CPRI 的数据业务如何使用之后，再来看下 CPRI 的初始化流程。CPRI IP 支持自协商，根据用户选择的 IP 的可支持速率，从高到低依次下降，与对方互通，直到通信成功为止。

初始化状态机的运行可以观察 IP 的 stat_code[3:0] 输出信号。该状态机参考 CPRI 协议设计，如下。因此其具体细节，建议直接参照 CPRI 协议。例如，如果初始化状态机卡在状态 B 不前进，那意味着此时 IP 无法实现与对端任何通信，可能是 GT 初始化有问题，或者 link 没有成功，可以先做下近端环回实验。注意，如果这是一个 Slave 的 CPRI IP，需要先使能 Slave Transmit Enable，再做环回。或者卡在状态 C 的话，按照 CPRI 协议，是 Protocol Setup 两边没有对应上，需要检查 IP 的相关设置，或者看下两边收发的 Z.2.0 这个数是否是相一致。

最终，这个 stat_code 状态走到 F 或者 G，IP 达到了 link 状态，可以开始进行正常的业务数据收发工作了。

审核编辑：汤梓红