使用可編程邏輯進行高效且有效的 DSP 設計

IP 語音 (VoIP) 已成為有線和無線電信設備制造商增長快的應用之一。VoIP 不僅為終用戶提供了經濟實惠的語音通話接入，而且還使媒體網關設計人員能夠設計出滿足多種不同目的的設備——這種情況通常會給雙方帶來成本效益。

IP 語音 (VoIP) 已成為有線和無線電信設備制造商增長快的應用之一。VoIP 不僅為終用戶提供了經濟實惠的語音通話接入，而且還使媒體網關設計人員能夠設計出滿足多種不同目的的設備——這種情況通常會給雙方帶來成本效益。
如果是網絡電話、 然而，事實恰恰相反。隨著 VoIP 獲得越來越多的認可，設備制造商的利潤率因應用程序的競爭性質以及設計 IPPBX 和網絡的高成本而被化。多服務訪問節點 (MSAN)在許多不同的通道密度下。工程成本不斷上升，產品價格不斷下降。
盡管許多公司已經設計了專有的硬件/軟件媒體網關解決方案，但他們必須做出妥協才能提供具有成本競爭力的產品。因此，大多數 VoIP 功能目前使用 DSP 技術來提供，但也面臨著一系列新的挑戰。
作為媒體網關或網絡電話交換機設計師們面臨著一項艱巨的任務，即在時間敏感、不斷變化的環境中將具有成本效益的產品推向市場，高科技的困境隨之而來：性能與功能。DSP技術的主要問題是找到性能和接口的完美平衡。
例如，設計人員經常發現，只有市場上非常高端的 DSP 才能支持他們復雜的應用/接口，包括SGMII 以太網或快速IO。
因此，當需要在大型系統中互連這些 DSP 時，通常會使用現場可編程門陣列 (FPGA) 將設備粘合在一起并執行諸如數據包傳輸背壓或數據包分類等功能。這就是可編程邏輯進入硬件設計的地方。
應用程序可移植性是使用可編程邏輯的 DSP 的關鍵價值之一。相同的底層媒體處理技術可以在多種應用領域實現性能結果，例如：
– 大型媒體網關
– IP PBX
– HMP 媒體服務器卸載
– MSAN / 接入設備
盡管所有 VoIP 應用程序的基本功能集可能相同，需要相同的編解碼器和語音質量功能列表，但每個應用程序所需的接口可能完全不同。
例如，專為基于主機的媒體處理 (HMP) 卸載而設計的 PCI 卡需要一個PCI Express 接口，而 aMSAN 可能需要一個輕量級接口來連接以太網 PHY 和T1/E1 幀器，以及板上各種組件的大量粘合邏輯。
對于設計人員而言，DSP 的優點之一是其固有的能力，可以使解決方案變得，而不是現成的、一招多用的小馬。這種技術靈活性使設計人員能夠探索更具成本效益的做事方式，但他們通?？梢园l現他們受到 DSP 支持的限制。
這就是可編程邏輯“FPGA”提供額外增強功能的地方。例如，在 IP PBX 中，USB（而不是以太網）是低成本系統的理想互連方式。
USB 集線器設備不僅在設計上可熱插拔，而且比以太網交換機更便宜、更簡單，這意味著系統的基本成本更低。此外，隨著系統的發展，“尤其是基于刀片的系統，增量成本會降低，因為對于添加到系統中的每個處理刀片，都可以使用帶有 USB 接口的非常簡單、低成本的 RISC 處理器。
遺憾的是，提供給 VoIP 網關市場的大多數 DSP 不提供 USB 支持，使設計人員只能采用高成本的產品模型。令人高興的是 FPGA 供應商為此類接口提供了 IP 內核，從而允許更新、成本更低的創新。
在完美的世界中，媒體網關設計人員將能夠準確獲得所需的接口，而無需購買功能齊全的 DSP 所需的成本和副作用。但如今，大多數高端 DSP 都具有多個高速接口（其中許多是不需要的），并且具有非常大的封裝和非常多的引腳數。
這些大型封裝是密集球柵陣列 (BGA)，價格昂貴，并且需要具有大量層的印刷電路板 (PCB)，這些都會導致設計延遲。
盡管一些制造商嘗試將 FPGA 與 DSP 結合起來以實現設計涅槃——特別是在 DSP 接口被認為不足或需要定制的情況下——但這種解決方案可能有點過頭了。它增加了不必要的成本和電路板空間，只是為了糾正 DSP 中的缺陷。
將可編程邏輯（FPGA）添加到全功能 DSP 的方法是讓每個設備發揮其擅長的作用。在該方法中，DSP僅充當DSP。
物理封裝包含高性能、多核器件，并使用單個存儲器接口與 FPGA 進行通信（下圖 1）。在這種情況下，DSP 內部的接口沒有任何承載成本，從而將面積和功耗保持在限度。
DSP 供應商為每個主要應用提供交鑰匙 FPGA 設計，然后可以根據需要由 OEM 進行定制。所使用的 FPGA 可以是高端器件，也可以是非常小的低成本器件，具體取決于目標應用。

圖 1：連接 DSP 和 FPGA 的單個存儲器接口

在成本敏感、時間緊迫的市場中，FPGA/DSP 方法的優勢是其靈活性。如有必要，FPGA 可以在現場重新編程。此外，FPGA 始終是每個新工藝節點發布的器件之一。
因此，它們始終支持具有功耗性能的 I/O 技術。隨著互連標準的不斷發展，可以非?？焖俚貙⒃O計重新定位到的結構，無論是 PCI Express、RapidIO 還是專有接口。
當設計人員評估新產品時，重要的是要考慮解決方案的總成本，而不是真空地總結每個設備的成本。DSP 和 FPGA 相結合的方法可節省許多成本。例如，有多種可用的以太網標準：MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII等。
在決定如何將多個 VoIP DSP 互連在一起時，硬件設計人員可以從大量以太網交換機 IC 中進行選擇，或者考慮 FPGA 解決方案。如果某個以太網交換機提供了理想的價格點，但不支持DSP提供的接口，那么必須使用更昂貴的交換機。
成本節省可以進一步擴展到電氣接口之外。例如，許多大型 OEM 使用專有標頭或標志來幫助對數據包流量進行分類。
使用 FPGA 前端，這變得微不足道，并且可以通過從 DSP 卸載某些任務來大大提高性能。這種類型的標頭操作由 FPGA 在硬件中完成。這提供了確定性的性能，并將設計控制權掌握在 OEM 手中。
媒體網關 DSP 通常包含一個 TDM 接口，該接口連接到時隙交換器 (TSI) 或 T1/E1 成幀器。通常，DSP 和這些基于 TDM 的設備或 TDM 背板之間已經存在 FPGA。
目前使用 FPGA 是因為需要定制邏輯，或者是因為 FPGA 提供更可靠的 I/O，可以承受背板上常見的高壓尖峰。這些 FPGA 任務現在可以合并到前端 FPGA 中，從而節省更多資金和電路板面積。
媒體網關應用正在以前所未有的速度出現。目前正在開發的 VoIP 產品可能需要在幾個月內適應視頻應用。其他應用“例如無線”也即將出現。
因此，使用 FPGA 前端的另一個主要優勢是讓每天都面臨著想象未來任務的設計人??員的生活變得更加輕松。
當今的 DSP 制造商發布的產品具有針對細分市場的特定應用的功能集和接口。因此，很容易找到可以充當通用 TDM 到 VoIP 網關的 DSP。
然而，如果設計人員面臨構建高性能網真視頻 IP 會議單元的挑戰，那么 DSP 的選擇就非常有限。
在 DSP 之間傳遞壓縮或未壓縮視頻流所需的帶寬量是巨大的。為這個市場或任何其他新興市場尋找具有正確接口的 DSP 相當困難且成本高昂。
借助允許訪問 I/O 技術以及符合標準的 IP 模塊的 FPGA 前端，設計人員可以靈活地選擇正確的接口，而無需更改 DSP 軟件。在擁有大型 FPGA 團隊的組織中，設計人員可能會選擇開發專用接口來滿足當今客戶的需求并提供競爭優勢。
價格壓力增加和設計周期縮短等挑戰繼續困擾著媒體網關設計人員。然而，使用與 FPGA 緊密耦合的 DSP 的設計人員能夠準確獲得所需的接口，而無需增加成本或調試無用的 I/O 組。