作者:胡萍
目前,中国的消费电子和通信网络产品市场正在快速发展,SoC正成为IC设计初创企业的市场切入点。目前研发人员在进行SoC设计时,一般采用三种方法,其一是基于标准微处理器内核进行设计；其二采用定制ASIC的设计方法；其三是选择可配置处理器内核进行设计。相较于前两种方法,可配置处理器内核最大的优势在于具有强大的可编程能力,可针对特定应用优化处理逻辑,即使在开发后期也可灵活更改功能以满足最新设计要求。
相对于硬线系统,可编程和可配置处理器具有显著的优势,能适于多种不同的应用,只需稍加编译和重新配置就可生成一系列特殊应用处理器。可配置处理器技术正成为复杂SoC设计的一种发展趋势。与其他处理器相比,可配置处理器具有极大的可编程性,可以大幅缩短设计时间,并提升设计性能。
在处理器领域,许多公司都在强调可配置处理器的高性能、低功耗优势。但是“如果在性能、功耗或芯片面积上已经存在巨额管理费用,那么该优势还是不太可成为净增益点。”北京音视潮公司(Improv System)总裁兼首席执行官Victor Berman在接受《电子工程专辑》专访时指出。这家从事可配置DSP IP设计已达10年之久的公司通过定制处理单元、定制指令等方法,针对具体应用提供高性能、低功耗的解决方案。Victor表示,与竞争方案相比,音视潮产品的优势在于:高性能；可编程性；可配置性,设计人员可以添加自定义指令和软件来进一步提升性能,降低功耗；可扩展性,可复用的软件能够映射到不同配置的处理器核中,从而实现不同档次产品的设计差异化。总体而言,就是借助可配置IP灵活可变性及可复用的平台能大大降低总的生产成本。
可配置IP要满足设计人员和制造商的需求就必须能够有效地融入SoC设计链中。Victor强调,可配置IP至少应该具有以下特性:1.高效的软件开发方法；2.高效的自动化验证方法；3.具有高效的方法进行快速集成；4.在硬连线的成本和性能方面具竞争优势；5.可自动配置系列解决方案。
传统解决方案很难满足以上对IP核的多重要求,Victor介绍道,音视潮的方案采用了VLIW的体系结构,在单一可配置平台上就可实现并行操作。根据所需处理器的吞吐量,并行操作能将时钟频率减少到最低值,这必然也就降低了系统功耗。而软件开发则由功能强大且优化的编译器以及测试分析工具组等手段共同控制。该分析工具能提供系统级、模块级和门级的反馈,从而能使处理器的吞吐量达到最佳状态并减少门和内存的使用率。“我们的解决方案能根据数据流的算法提供高性能运算,应用领域涵盖图像处理、音频、视频、语音加密、调制、卫星通信等。”Victor介绍说。
如何选择合适的DSP核进行SoC设计是个复杂且至关重要的问题。除了潜在的硬件技术因素外,保证稳健的开发环境也很关键,开发环境必须易于使用,并能轻松实现与芯片总设计流程的协同操作。此外,采用合适的软件和接口模块也很重要。
为了在系统设计中更有效地利用可配置IP,并减少IP对性能的影响,IP的集成必须尽量简单,而且要易于进行正确性和吞吐量验证。如果是用于商业系统的IP,还必须提供与常用总线架构及外围控制器的接口。在典型的数据驱动应用中,媒体和图像处理、设备的性能和功耗等都受控于内存访问的效率,因此片上和片外存储的接口更为重要。
针对上述要求,音视潮的Jazz体系结构提供了一系列集成模块iBlock,这些模块都是预先设计并经过验证的,能够与常用的总线和存储控制器相配合,因而设计人员基本上无需进行重新设计就能很容易地将IP内嵌到自己的SoC设计中。
目前,音视潮提供三个系列的预配置解决方案或平台:面向通用DSP的Jazz DSP解决方案; 面向VoIP应用的Jazz Voice解决方案; 面向音频、视频及图像压缩等多媒体处理应用的Jazz Media解决方案。这些解决方案中都包含了具有稳健性的软件模块库和一组基准开发工具,上述平台都可以通过音视潮的Jazz Composer工具套件实现定制操作。
Jazz DSP是一种易于重构的多处理器体系结构,适合消费电子、多媒体处理及移动通讯等应用。Jazz DSP并非固定的处理器和指令集,而是可由设计人员针对其特定产品或应用范围定制构成。Victor指出,Jazz DSP的一个最关键的优势是能够动态地设置和管理寄存器与本地存储资源,从而允许针对由设计者定义的计算单元(DDCU)定制本地存储器和寄存器,这样就能在实际应用的计算流量中放松对硬件资源的限制。
Jazz Tool Suite是专门为Jazz DSP提供的开发工具套件。借助该工具组件,设计人员可以开发应用算法软件,建立通信测试平台,同时通过编译器、模拟器、调试器和测试器等一系列工具和流程,对应用设计进行优化和验证。此外,设计人员还可以使用Jazz Composer工具定义应用设计,并将DSP体系结构扩展到多处理器的复杂解决方案。
为了更好地满足中国市场对可配置DSP解决方案的需求,音视潮已在北京开设了技术支持中心,为其全套工具及IP产品组合提供售前/售后技术支持,并在多媒体、调制调解器和打印机等设计应用领域与客户密切合作。此外,音视潮还指定OnePass Solutions(微通益友)为其代理商。在与中国大学合作方面,音视潮已经向清华大学微电子研究所捐赠其全套DSP环境,帮助清华大学启动先进的DSP培训计划。
Improv System的可配置DSP解决方案。
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