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5.7. EXC-Pump通道全流程控制示例

本节通过一个完整的端到端示例说明EXC-Pump通道的编程配置流程。 示例基于 ASIC 平台（DAC 8 bit@6 Gsps，8 采样点/时钟周期），场景为输出一个 6.7 GHz 读出激励脉冲，同时触发 Pump 使能信号。

5.7.1. 端到端配置流程

EXC-Pump通道的工作流程如下：

阶段	操作	说明
初始化	加载波形数据、配置索引表、配置寄存器、配置上变频、配置Pump	通过SPI写入，步骤1~5无先后顺序要求
初始化	加载MCU程序	写入MCU_INS，定义触发后要发出的码字
运行	外部触发 → MCU执行 → 产生码字	触发由其它硬件发出，MCU响应后执行程序并生成13位码字
运行	码字解码 → 波形输出 + Pump脉冲	硬件自动流水线执行，输出RF信号和使能脉冲

关键理解：
  触发信号来自外部硬件（非MCU），MCU是被动响应方。
  MCU 程序加载到 MCU_INS 后处于待命状态，收到触发后执行并生成码字。
  初始化配置可在任意时刻通过 SPI 完成，只需在触发前生效即可。

5.7.2. 地址空间速查

以下配置基于EXC通道0（Exaddr=0），各模块基地址如下（完整地址映射见 附录A.1.2）：

模块	基地址	用途
MCU_INS	0x00700000	MCU指令存储
MCU_DAT	0x00800000	MCU数据存储
AWG_REG	0x00900000	AWG控制寄存器
AWG_IDX	0x00A00000	波形索引表（256条 × 32位）
AWG_WVE	0x00B00000	波形仓库（128 KB）
MIXER_REG	0x00100000	混频板本振配置
PUMP_REG	0x00000000	Pump通道寄存器（ch0基址）

5.7.3. 步骤1：加载波形数据

将预计算的基带波形采样点写入 AWG_WVE：

参数	值	说明
基带频率	1.2 GHz	F_{baseband} = 6.7 - 5.5 GHz
波形长度	256 采样点	ASIC: 32 cycles × 8 samples/cycle
写入地址	0x00B00000 起	AWG_WVE 基地址，连续写入 256 × 16 bit

ASIC 平台每时钟周期 8 个采样点（6 Gsps），采样点个数需为 8 的整数倍。
FPGA 平台每时钟周期 16 个采样点（4 Gsps），采样点个数需为 16 的整数倍。
每个采样点为 16 位有符号整数（二进制补码），大端字节序。
波形仓库总容量 128 KB。

5.7.4. 步骤2：配置波形索引表

在 AWG_IDX 中建立波形ID到存储参数的映射（深度256条，每条32位）：

WAVE_ID	AWG_IDX地址	addr [31:16]	len [15:0]	说明
0	0x00A00000	0x0000	0x0020	起始地址 0x0000，长度 32 cycles
1	0x00A00004	0x0020	0x0010	起始地址 0x0020，长度 16 cycles

addr 和 len 均以时钟周期为单位。
AWG_IDX 每条目占用 4 字节，WAVE_ID=N 的地址 = 0x00A00000 + N × 4。

5.7.5. 步骤3：配置EXC寄存器

通过SPI写AWG控制寄存器（基带直出NRZ模式）：

地址	寄存器	字段	值	说明
0x00900034	amplitude	acw [31:16]	16384	归一化幅度 16384 / 2^{14} = 1
0x00900038	frequency	fcw [31:0]	0	基带直出模式NCO不生效
0x0090003C	phase	pcw [31:16]	0	基带直出模式NCO不生效
0x00900044	func_ctrl	awg_mode [1:0]	0（直出）	原始波形不经调制
0x00900044	func_ctrl	mix_mode [2]	0（基带）	使用外部模拟混频
0x00900044	func_ctrl	intp_sel [3]	0（邻近插值）	ASIC 可设为 1 使用半带插值优化平坦度
0x00900048	pump_ctrl	delay [31:16]	2	Pump 脉冲延迟（单位时钟周期）
0x00900048	pump_ctrl	width [15:0]	32	Pump 脉冲持续宽度（与波形长度对齐）

若需正交调制模式（如扫频应用），将 awg_mode 设为 1（调制），并配置 frequency 和 phase。详见 §5.2。

5.7.6. 步骤4：配置上变频

通过SPI写混频板本振频率寄存器：

地址	寄存器	字段	值	说明
0x00100000	lo_freq	fcw [31:0]	5_500_000	本振 5.5 GHz，单位 kHz

同一混频板4个通道共享本振。输出频率 = 基带频率 + 本振频率 = 6.7 GHz。

5.7.7. 步骤5：配置Pump

配置泵浦板寄存器（ch0基址 0x00000000）：

地址	寄存器	字段	值	说明
0x00200000	pump_freq	pump_freq [31:0]	7_800_000	Pump 频率 7.8 GHz，单位 kHz
0x00300000	pump_power	pump_power [31:0]	-600	功率设定（具体映射取决于硬件校准）
0x00400000	pump_enable	pump_enable [31:0]	32'h11	硬件级使能（32'h00 = 关闭）

pump_enable = 32'h11 为硬件级使能，配置后方可响应码字 PUMP_EN 位。
pump_enable = 32'h00 时，无论码字如何设置，Pump 均无输出。

5.7.8. 步骤6：MCU程序与触发

MCU程序加载到 MCU_INS（0x00700000），触发后MCU执行程序并生成13位码字。 触发信号由外部硬件发出，MCU响应后自动执行。

场景A：同时输出波形和Pump脉冲

位段	字段名	值	说明
[12]	PULSE_ONLY	0	正常输出波形
[11]	PARAMETER_SEL	0	波形索引来自查找表
[10]	NCO_CLR_EN	0	不复位NCO
[9]	MARK_EN	0	不触发Marker
[8]	PUMP_EN	1	触发Pump脉冲
[7:0]	WAVE_ID	0	索引波形ID=0（32 cycles 读出脉冲）

完整码字值：0x0100

场景B：仅输出Pump脉冲（无波形）

位段	字段名	值	说明
[12]	PULSE_ONLY	1	禁用波形输出
[11:9]	—	0	—
[8]	PUMP_EN	1	触发Pump脉冲
[7:0]	WAVE_ID	0	被忽略（PULSE_ONLY=1）

完整码字值：0x1100

注意事项：
1. 连续触发时需确保前一码字的波形输出完成，否则波形索引表可能被覆盖。
2. 调试阶段建议使用 MARK_EN 触发Marker脉冲辅助示波器触发捕获。
3. 码字字段定义详见 [§5.1](#51-码字功能定义)，具体 MCU 指令编程参见《量子编程指令集》。

5.7.9. 配置清单汇总

步骤	地址	寄存器	关键字段	值
1	0x00B00000	AWG_WVE	波形采样点	256 × 16 bit
2	0x00A00000	AWG_IDX[0]	addr / len	0x0000 / 0x0020
3	0x00900034	amplitude	acw	8192
3	0x00900038	frequency	fcw	0
3	0x0090003C	phase	pcw	0
3	0x00900044	func_ctrl	awg_mode, mix_mode, intp_sel	0x0
3	0x00900048	pump_ctrl	delay / width	2 / 32
4	0x00100000	lo_freq	fcw	5_500_000
5	0x00200000	pump_freq	pump_freq	7_800_000
5	0x00300000	pump_power	pump_power	-600
5	0x00400000	pump_enable	pump_enable	32'h11
6	0x00700000	MCU_INS	MCU程序	产生码字 0x0100