用于系統(tǒng)級(jí)芯片集成的各種處理技術(shù)方案評(píng)估

SoC設(shè)計(jì)范例：衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電

一個(gè)數(shù)字廣播衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電接收器就是一個(gè)系統(tǒng)如何劃分并如何用一個(gè)現(xiàn)有SOC上不同處理單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的很好例子。在美國(guó)，衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電以S波段頻率2.3GHz來(lái)廣播，采用一個(gè)地面同步衛(wèi)星提供海岸到海岸覆蓋。還有一些地面中繼器，它們可以在主衛(wèi)星被阻斷時(shí)從另一個(gè)衛(wèi)星接收信號(hào)并傳播出去。所用的調(diào)制系統(tǒng)或者是QPSK(正交相移鍵控)，或者是針對(duì)衛(wèi)星的TDM(時(shí)分多址)，這取決于廣播公司，而對(duì)地面站來(lái)說(shuō)總是采用OFDM(正交頻分多址)。

衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電的主要優(yōu)點(diǎn)是它能夠向客戶(hù)提供數(shù)百條無(wú)靜電干擾的音頻和消息信道。由于傳輸帶寬窄，衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電依靠新的感覺(jué)音頻編碼器(PAC)算法進(jìn)行音頻壓縮和解壓縮。PAC的某些特性，如對(duì)信道損傷有一定適應(yīng)能力，使得它很適合廣播無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用。該音頻編碼利用人耳的一些特性，隱藏部分信號(hào)失真，而且一旦該信號(hào)數(shù)字化，剩下的冗余通過(guò)無(wú)噪音編碼被除去。因其高壓縮率和優(yōu)異質(zhì)量，PAC音頻編碼已經(jīng)成為一種事實(shí)上的衛(wèi)星和數(shù)字無(wú)線(xiàn)電廣播標(biāo)準(zhǔn)。圖1顯示了一種衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電接收器架構(gòu)。

在信號(hào)輸入端，衛(wèi)星調(diào)諧器把2.3GHz載波轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器再將其數(shù)字化以便處理。隨后進(jìn)行QPSK解調(diào)，信號(hào)完成Viterbi解碼。一個(gè)編/解碼器與該系統(tǒng)的模擬音頻輸入和輸出接口。一個(gè)FPGA提供接口邏輯以產(chǎn)生硬驅(qū)動(dòng)和緊湊型閃存所需的合適信號(hào)。一個(gè)專(zhuān)用器件輸出NTSC視頻，這是流視頻應(yīng)用的一個(gè)高級(jí)特性。

在SoC中劃分功能

在這個(gè)例子中，系統(tǒng)的核心是一個(gè)雙處理器OMAP器件通過(guò)高性能和低功耗之間的平衡，這種150MHz的OMAP器件把一個(gè)DSP內(nèi)核同一個(gè)加強(qiáng)型ARM925T RISC處理器集成在一起。其它的特性包括一個(gè)SDRAM存儲(chǔ)器接口和許多外設(shè)接口，它們同外部無(wú)線(xiàn)電基帶處理器和外部音頻編/解碼器兼容。

因?yàn)镺MAP器件設(shè)計(jì)用于同時(shí)處理多個(gè)多媒體任務(wù)，所以它很適合衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，多媒體功能豐富的器件由許多音頻和視頻壓縮/解壓算法組成，它們需要廣泛的數(shù)??算。對(duì)這些運(yùn)算來(lái)說(shuō)，OMAP上的DSP比RISC更適合。比較這兩種處理器的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序有很多種，從一個(gè)算法到另一個(gè)算法變化很大，但平均而言，RISC完成相同信號(hào)處理運(yùn)算的周期數(shù)是DSP的三倍。由于RISC管理系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)任務(wù)一般比DSP更有效率，因此這兩種處理器的功能可以互補(bǔ)。

該DSP完成的主要信號(hào)處理任務(wù)之一是：在衛(wèi)星信號(hào)阻斷因而系統(tǒng)切換到地面廣播時(shí)，對(duì)輸入進(jìn)行OFDM解調(diào)。OFDM解調(diào)器需要運(yùn)行FFT和反FFT算法，這對(duì)運(yùn)算密集型的DSP來(lái)說(shuō)很合適。該DSP還解壓傳輸來(lái)的PAC編碼信號(hào)，而ARM內(nèi)核則對(duì)PAC數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。該DSP的其它功能包括為采用MP3或MPEG-1和layer 3的存儲(chǔ)設(shè)備編碼數(shù)據(jù)，為采用MP3的播放功能解碼數(shù)據(jù)。

該ARM內(nèi)核管理來(lái)自調(diào)諧器和/或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件的流數(shù)據(jù)。它還完成語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別和控制/命令任務(wù)，并顯示表明氣象信息和駕駛方向的位圖。通過(guò)恰當(dāng)?shù)仄胶飧鞣N處理負(fù)載，一個(gè)基于雙內(nèi)核OMAP處理器的衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)只占用該處理器可用處理資源的一小部分，因而為實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的多媒體功能留有余地2004-6-28，如虛擬3D音效、噪音消除等。表2顯示了這種系統(tǒng)劃分，它表明了每個(gè)功能所用的處理單元類(lèi)型。

衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電接收器這個(gè)例子說(shuō)明了在一個(gè)現(xiàn)有SoC器件上不同處理器單元之間劃分任務(wù)的好處。專(zhuān)門(mén)為這個(gè)應(yīng)用研制SoC的設(shè)計(jì)人員也可以采用前面討論的步驟來(lái)明確劃分其它的處理功能，如Viterbi處理和音頻編解碼器，它們可以經(jīng)濟(jì)地集成在該SoC之內(nèi)。NTSC視頻解碼和其它高級(jí)特性無(wú)疑也可以考慮，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)的壽命期有可能貫穿許多接收器產(chǎn)品。除了系統(tǒng)級(jí)集成帶來(lái)器件減少的明顯優(yōu)點(diǎn)之外，采用單一的SoC平臺(tái)還為開(kāi)發(fā)人員在軟件方面的投資帶來(lái)了極大益處，因?yàn)樵谡麄€(gè)產(chǎn)品線(xiàn)的壽命期內(nèi)只需要很少的再開(kāi)發(fā)工作。

本文小結(jié)

帶有多個(gè)處理單元的SoC器件目前是產(chǎn)品設(shè)計(jì)鏈上的重要一環(huán)，尤其是對(duì)需要高度集成的便攜式系統(tǒng)，它們靠該器件提供混合數(shù)據(jù)和信號(hào)處理功能。將一個(gè)特定系統(tǒng)和一個(gè)特定SoC匹配的決策并不總是由技術(shù)因素來(lái)推動(dòng)。在許多情況下，它更多地與可用的資源有關(guān)，與系統(tǒng)需要的靈活度有關(guān)，與如何對(duì)付新功能和新缺陷有關(guān)。開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該理解所涉及處理任務(wù)之間的復(fù)雜平衡，有效掌握劃分系統(tǒng)功能的程序，并能夠充分利用SoC所提供的巨大能力優(yōu)勢(shì)。