基于DSP的引導(dǎo)系統(tǒng)提供低成本解決方案

語(yǔ)音/數(shù)據(jù)/媒體網(wǎng)絡(luò)的興起要求高性能與高速 IO 完美結(jié)合。本文將探討如何選擇可滿足上述要求的 DSP，為引導(dǎo)系統(tǒng)提供低成本解決方案。
　　多媒體內(nèi)容隨著總流量的增長(zhǎng)而變得日益豐富，這為設(shè)備制造商帶來(lái)了前所未有的工程設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)與機(jī)遇。他們必須制造出新一代能夠處理持續(xù)急速上升的匯聚流量的設(shè)備，該匯聚流量基本不同于過(guò)去主導(dǎo)基礎(chǔ)局端設(shè)計(jì)范例的語(yǔ)音與數(shù)據(jù)流量。
　　這種變革是上個(gè)世紀(jì) 70 年代計(jì)算機(jī)革命以來(lái)的多重趨勢(shì)引發(fā)的：
　　* 從純語(yǔ)音流量到語(yǔ)音與數(shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)變。這一趨勢(shì)在數(shù)十年前就已開(kāi)始了，現(xiàn)在仍在繼續(xù)。
　　* 多媒體流量，特別是流媒體，加入現(xiàn)有的語(yǔ)音與數(shù)據(jù)流量。電信營(yíng)運(yùn)商轉(zhuǎn)向提供語(yǔ)音、視頻與數(shù)據(jù)服務(wù)的“三重播放業(yè)務(wù)”可充分證實(shí)這一發(fā)展趨勢(shì)。
　　* 從固定地址服務(wù)到家庭服務(wù)再到移動(dòng)服務(wù)的演進(jìn)。有線基礎(chǔ)局端中從語(yǔ)音到數(shù)據(jù)再到媒體的演講現(xiàn)在正在無(wú)線領(lǐng)域悄然進(jìn)行。
　　* 上述前三個(gè)趨勢(shì)推動(dòng)了另一趨勢(shì)的發(fā)展：從電路交換傳輸?shù)交跀?shù)據(jù)包的傳輸?shù)难葸M(jìn)，特別是對(duì)因特網(wǎng)協(xié)議 （IP） 流量。
　　在語(yǔ)音通信時(shí)代，電信信號(hào)處理無(wú)非是回聲消除、數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的線路調(diào)節(jié)以及在交換電路上進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制/解調(diào)的信號(hào)處理。目前，用來(lái)進(jìn)行音頻、視頻和數(shù)據(jù)流量的數(shù)字編碼/解碼以及壓縮/解壓縮的算法就有數(shù)十種之多。簡(jiǎn)言之，電信基礎(chǔ)局端不僅僅是要處理更多的數(shù)據(jù)，而且要實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)以實(shí)時(shí)處理大量數(shù)據(jù)。
　　顯而易見(jiàn)，要實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)需要大幅提高性能。方法一是僅加快數(shù)字信號(hào)處理器 （DSP） 的時(shí)鐘速度。但這種解決方案不是長(zhǎng)久之計(jì)，主要原因如下：首先，芯片時(shí)鐘速度有限;其次，流量負(fù)載呈指數(shù)級(jí)而非線性增長(zhǎng)，即使在最高時(shí)鐘速度下，也將很快無(wú)法滿足性能要求。另一個(gè)基本問(wèn)題是基礎(chǔ)局端設(shè)備采用機(jī)架安裝，對(duì)尺寸和散熱都有嚴(yán)格的要求。在機(jī)架尺寸不變（縮小尺寸除外）的情況下，就是高時(shí)鐘速度帶來(lái)的高散熱最終也會(huì)使僅提高時(shí)鐘速度這一方法不可行。將來(lái)，電路板性能的提升會(huì)受到其功耗預(yù)算、樓宇的使用年限與位置以及安裝基礎(chǔ)局端設(shè)備的機(jī)架等的限制。
　　提高性能
　　電信設(shè)計(jì)工程師面臨著一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。他們必須在更小的板級(jí)空間內(nèi)提供更出色的性能、增加通道密度、處理日益多樣化的媒體陣列，并同時(shí)保持通信的靈活性與低成本特性。
　　為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們一直在改進(jìn) DSP。從芯片設(shè)計(jì)人員的角度來(lái)說(shuō)，這意味著要將上述趨勢(shì)轉(zhuǎn)化為特定的 IC 特性與架構(gòu)。
　　同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能與低功耗目標(biāo)的最佳戰(zhàn)略方案是在低電壓芯片上采用優(yōu)化的處理引擎及高效 I/O 處理盡可能多的數(shù)據(jù)。
　　處理不斷增多的原始數(shù)據(jù)量要求極高的性能與高效的片上數(shù)據(jù)傳輸能力。從架構(gòu)上講，這可通過(guò)交換中心資源 （SCR） 連接處理元件（DPS CPU、DSP 外設(shè)、協(xié)處理器加速器以及內(nèi)部存儲(chǔ)器）得以實(shí)現(xiàn)，即具有主從單元的縱橫制架構(gòu)。德州儀器 （TI） TMS320C6455 DSP 采用的就是這種架構(gòu)（見(jiàn)圖1）。
　　
　　圖 1 TMS320C645x 器件結(jié)構(gòu)圖
　　SCR左邊的任一主單元均可直接與SCR右邊的從單元相連。主單元包括DSP的CPU、串行高速IO （SRIO）、四個(gè)傳輸控制器（TC）以及連接將三個(gè)主外設(shè)（PCI、HPI與EMAC）的連接至SCR的縱橫制端口。從單元包括DSP存儲(chǔ)器、DDR存儲(chǔ)器接口、Turbo協(xié)處理器 （TCP）、Viterbi 協(xié)處理器（VCP）以及將多個(gè)外設(shè)連接至 SCR 的縱橫制端口。
　　這種架構(gòu)既快速又高效，因?yàn)?SCR 使主從單元之間實(shí)現(xiàn)了真正的同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。例如，PCI 至 DDR EMIF 的連接獨(dú)立于 PCI 166 至 DSP CPU 的連接。數(shù)據(jù)完全是并行傳輸。當(dāng)多個(gè)主單元訪問(wèn)同一個(gè)從單元時(shí)，SCR 執(zhí)行判優(yōu)。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)對(duì)主單元的優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行編程來(lái)施加某些控制。
　　架構(gòu)要求
　　在執(zhí)行算法時(shí)，CPU 與存儲(chǔ)器之間的指令和數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。在如圖 2 所示的 TMS320C6455 DSP 存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，可通過(guò)使用 256 位寬的數(shù)據(jù)總線并在 CPU 與存儲(chǔ)器之間的內(nèi)部直接存儲(chǔ)器存取 （DMA） 架構(gòu)上創(chuàng)建兩層高速緩存來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。