目前,中國的消費電子和通信網(wǎng)絡產(chǎn)品市場正在快速發(fā)展,SoC正成為IC設計初創(chuàng)企業(yè)的市場切入點。目前研發(fā)人員在進行SoC設計時,一般采用三種方法,其一是基于標準微處理器內(nèi)核進行設計；其二采用定制ASIC的設計方法；其三是選擇可配置處理器內(nèi)核進行設計。相較于前兩種方法,可配置處理器內(nèi)核最大的優(yōu)勢在于具有強大的可編程能力,可針對特定應用優(yōu)化處理邏輯,即使在開發(fā)后期也可靈活更改功能以滿足最新設計要求。

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相對于硬線系統(tǒng),可編程和可配置處理器具有顯著的優(yōu)勢,能適于多種不同的應用,只需稍加編譯和重新配置就可生成一系列特殊應用處理器。可配置處理器技術(shù)正成為復雜SoC設計的一種發(fā)展趨勢。與其他處理器相比,可配置處理器具有極大的可編程性,可以大幅縮短設計時間,并提升設計性能。

在處理器領域,許多公司都在強調(diào)可配置處理器的高性能、低功耗優(yōu)勢。但是“如果在性能、功耗或芯片面積上已經(jīng)存在巨額管理費用,那么該優(yōu)勢還是不太可成為凈增益點。”北京音視潮公司(Improv System)總裁兼首席執(zhí)行官Victor Berman在接受《電子工程專輯》專訪時指出。這家從事可配置DSP IP設計已達10年之久的公司通過定制處理單元、定制指令等方法,針對具體應用提供高性能、低功耗的解決方案。Victor表示,與競爭方案相比,音視潮產(chǎn)品的優(yōu)勢在于:高性能；可編程性；可配置性,設計人員可以添加自定義指令和軟件來進一步提升性能,降低功耗；可擴展性,可復用的軟件能夠映射到不同配置的處理器核中,從而實現(xiàn)不同檔次產(chǎn)品的設計差異化。總體而言,就是借助可配置IP靈活可變性及可復用的平臺能大大降低總的生產(chǎn)成本。

可配置IP要滿足設計人員和制造商的需求就必須能夠有效地融入SoC設計鏈中。Victor強調(diào),可配置IP至少應該具有以下特性:1.高效的軟件開發(fā)方法；2.高效的自動化驗證方法；3.具有高效的方法進行快速集成；4.在硬連線的成本和性能方面具競爭優(yōu)勢；5.可自動配置系列解決方案。

傳統(tǒng)解決方案很難滿足以上對IP核的多重要求,Victor介紹道,音視潮的方案采用了VLIW的體系結(jié)構(gòu),在單一可配置平臺上就可實現(xiàn)并行操作。根據(jù)所需處理器的吞吐量,并行操作能將時鐘頻率減少到最低值,這必然也就降低了系統(tǒng)功耗。而軟件開發(fā)則由功能強大且優(yōu)化的編譯器以及測試分析工具組等手段共同控制。該分析工具能提供系統(tǒng)級、模塊級和門級的反饋,從而能使處理器的吞吐量達到最佳狀態(tài)并減少門和內(nèi)存的使用率。“我們的解決方案能根據(jù)數(shù)據(jù)流的算法提供高性能運算,應用領域涵蓋圖像處理、音頻、視頻、語音加密、調(diào)制、衛(wèi)星通信等。”Victor介紹說。

如何選擇合適的DSP核進行SoC設計是個復雜且至關(guān)重要的問題。除了潛在的硬件技術(shù)因素外,保證穩(wěn)健的開發(fā)環(huán)境也很關(guān)鍵,開發(fā)環(huán)境必須易于使用,并能輕松實現(xiàn)與芯片總設計流程的協(xié)同操作。此外,采用合適的軟件和接口模塊也很重要。

為了在系統(tǒng)設計中更有效地利用可配置IP,并減少IP對性能的影響,IP的集成必須盡量簡單,而且要易于進行正確性和吞吐量驗證。如果是用于商業(yè)系統(tǒng)的IP,還必須提供與常用總線架構(gòu)及外圍控制器的接口。在典型的數(shù)據(jù)驅(qū)動應用中,媒體和圖像處理、設備的性能和功耗等都受控于內(nèi)存訪問的效率,因此片上和片外存儲的接口更為重要。

針對上述要求,音視潮的Jazz體系結(jié)構(gòu)提供了一系列集成模塊iBlock,這些模塊都是預先設計并經(jīng)過驗證的,能夠與常用的總線和存儲控制器相配合,因而設計人員基本上無需進行重新設計就能很容易地將IP內(nèi)嵌到自己的SoC設計中。

目前,音視潮提供三個系列的預配置解決方案或平臺:面向通用DSP的Jazz DSP解決方案; 面向VoIP應用的Jazz Voice解決方案; 面向音頻、視頻及圖像壓縮等多媒體處理應用的Jazz Media解決方案。這些解決方案中都包含了具有穩(wěn)健性的軟件模塊庫和一組基準開發(fā)工具,上述平臺都可以通過音視潮的Jazz Composer工具套件實現(xiàn)定制操作。

Jazz DSP是一種易于重構(gòu)的多處理器體系結(jié)構(gòu),適合消費電子、多媒體處理及移動通訊等應用。Jazz DSP并非固定的處理器和指令集,而是可由設計人員針對其特定產(chǎn)品或應用范圍定制構(gòu)成。Victor指出,Jazz DSP的一個最關(guān)鍵的優(yōu)勢是能夠動態(tài)地設置和管理寄存器與本地存儲資源,從而允許針對由設計者定義的計算單元(DDCU)定制本地存儲器和寄存器,這樣就能在實際應用的計算流量中放松對硬件資源的限制。

Jazz Tool Suite是專門為Jazz DSP提供的開發(fā)工具套件。借助該工具組件,設計人員可以開發(fā)應用算法軟件,建立通信測試平臺,同時通過編譯器、模擬器、調(diào)試器和測試器等一系列工具和流程,對應用設計進行優(yōu)化和驗證。此外,設計人員還可以使用Jazz Composer工具定義應用設計,并將DSP體系結(jié)構(gòu)擴展到多處理器的復雜解決方案。

為了更好地滿足中國市場對可配置DSP解決方案的需求,音視潮已在北京開設了技術(shù)支持中心,為其全套工具及IP產(chǎn)品組合提供售前/售后技術(shù)支持,并在多媒體、調(diào)制調(diào)解器和打印機等設計應用領域與客戶密切合作。此外,音視潮還指定onePass Solutions(微通益友)為其代理商。在與中國大學合作方面,音視潮已經(jīng)向清華大學微電子研究所捐贈其全套DSP環(huán)境,幫助清華大學啟動先進的DSP培訓計劃。

Improv System的可配置DSP解決方案。