寬帶通訊系統(tǒng)與可配置平臺(tái)

    寬帶通信已進(jìn)入重大變革時(shí)期。隨著信道密度和每個(gè)信道處理性能的增加，使得大多數(shù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)顯得過(guò)時(shí)。演變中的市場(chǎng)和多種標(biāo)準(zhǔn)，要求設(shè)備生產(chǎn)商增加系統(tǒng)軟件的可編程性。網(wǎng)絡(luò)處理器和新的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）已開(kāi)始瞄準(zhǔn)已有通信鏈路中的局部解決方案，但主要的瓶頸依然存在。最新出現(xiàn)的解決方案是可配置平臺(tái)，它能提供多處理、指令級(jí)并行性和適應(yīng)特定范圍要求的靈活性。

    迅速變化的標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)條件。連同需要在整個(gè)通信架構(gòu)中保持穩(wěn)定的設(shè)備環(huán)境，促使人們對(duì)寬帶通信領(lǐng)域采用寬范圍可編程方案的興趣日趨增加。軟件可編程方案可使設(shè)備制造商能即時(shí)提供瞄準(zhǔn)當(dāng)今市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，同時(shí)又能保證適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)所需產(chǎn)品的靈活性。另外，可編程方案使得同樣的硬件裝置使用在多種產(chǎn)品中，增加了產(chǎn)品的市場(chǎng)容量。

處理鏈路問(wèn)題

    通信系統(tǒng)必須處理大量的復(fù)雜任務(wù)和不斷增加的信道數(shù)。軟件可編程處理器可有效地處理3個(gè)關(guān)鍵處理領(lǐng)域：協(xié)議處理、信息包處理和媒體壓縮。通信網(wǎng)絡(luò)依賴于特定的協(xié)議來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須置入信息包并在信道的末端從信息包取出。另外，每一種協(xié)議在傳輸期間具有特定的機(jī)構(gòu)用于生成和管理通信信道。協(xié)議處理可認(rèn)為是狀態(tài)機(jī)性能的有效處理。

    在信息包中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要處理，這包括：認(rèn)別有效數(shù)據(jù)載荷類型，確定數(shù)據(jù)路由，識(shí)別和糾正傳輸誤差以及不同信息包方案之間的變換或分級(jí)轉(zhuǎn)換。信息包處理主要依數(shù)據(jù)的按位運(yùn)算進(jìn)行。處理器必須能有效地求出信息包內(nèi)的固定（或）可變長(zhǎng)度字段。循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）需要高級(jí)的按位運(yùn)算。

    隨著各種信息量（包括聲音，視頻、音頻、圖像和數(shù)據(jù)）的增加，通信架構(gòu)正趨于飽和。對(duì)于通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)的各種信息量來(lái)說(shuō)，用于增加傳輸帶寬的關(guān)鍵技術(shù)是壓縮。確定所采用壓縮技術(shù)的因數(shù)包括：被壓縮信息量的類型，對(duì)由壓縮產(chǎn)生人為噪聲的應(yīng)用敏感度，應(yīng)用的誤差復(fù)原能力，信道的潛在誤差和信道能保證的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

知曉瓶頸

    對(duì)通信架構(gòu)的可編程需求導(dǎo)致大量新“型”芯片出現(xiàn)，這包括網(wǎng)絡(luò)處理器和專用領(lǐng)域的（domain-focused）DSP。這些器件的關(guān)鍵問(wèn)題是可編程性能和信道密度。現(xiàn)在的方案集中在新微處理器配置中如何重新利用原有的處理器結(jié)構(gòu)。多處理器可提供任務(wù)級(jí)的并行性，這增加了并行執(zhí)行應(yīng)用任務(wù)的能力。為處理不同數(shù)據(jù)采樣值而生成冗余、并行通路可以增加信道的密度。

    然而，使用這些器件存在兩大瓶頸。首先，信道中處理器的結(jié)構(gòu)限制了每個(gè)并行通路的可用處理帶寬。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)處理器和通信DSP都是基于精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的。雖然RISC結(jié)構(gòu)可降低應(yīng)用中的指令要求，但它們受到單指令周期的固有限制。另外使問(wèn)題更復(fù)雜的是，微處理器的指令集更適用于協(xié)議和包處理任務(wù)，而DSP更適應(yīng)于媒體處理任務(wù)。

    第二個(gè)瓶頸是協(xié)議處理和進(jìn)出并行處理通路的數(shù)據(jù)輸送。在網(wǎng)絡(luò)處理器和多DSP方案中，傳輸?shù)那度胩幚砥饕话阌糜趨f(xié)議處理，用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)輸送數(shù)據(jù)到并行通路。在多DSP方案中，信息包處理也不用DSP，這是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)在處理位方式運(yùn)算時(shí)的固有限制。

理想的結(jié)構(gòu)

    把多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器和外設(shè)集成在一起，為特定應(yīng)用可編程的重新設(shè)計(jì)的芯片結(jié)構(gòu)是理想的平臺(tái)。雖然如網(wǎng)絡(luò)處理器這樣的平臺(tái)，對(duì)于給定的應(yīng)用能提供高級(jí)軟件編程，但這樣的方案直到現(xiàn)在，也仍是固定的結(jié)構(gòu)，因而不能修改硬件以適應(yīng)特殊產(chǎn)品的需要。

    靠硬件級(jí)配置和定制，其理想的可配置平臺(tái)將有助于產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)較高的密度，不同的性能和降低成本。對(duì)于當(dāng)今的瓶頸，這樣一種平臺(tái)，對(duì)于協(xié)調(diào)多個(gè)處理元件以適應(yīng)特定范圍的單一系統(tǒng)提供靈活的結(jié)構(gòu)。根據(jù)在整個(gè)架構(gòu)中的位置，通道密度和功能要求可以是不同的。

    采用靈活的結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體供應(yīng)商和OEM可以把功能集成在少量器件中。設(shè)計(jì)人員可以針對(duì)他們應(yīng)用的特定要求和限制定制和配置一個(gè)平臺(tái)。此外，這些可配置平臺(tái)將提供指令級(jí)平行性（ILP），這大大增加了可用的處理帶寬。例如，甚長(zhǎng)指令字（VLIW）處理器每條指令處理多種運(yùn)算的處理能力比時(shí)鐘控制RISC處理器增加3倍。設(shè)計(jì)人員利用可配置VLIW處理器在數(shù)據(jù)通路中包含定制運(yùn)算單元，這將為應(yīng)用中的特定功能增加處理帶寬。

語(yǔ)音信息包實(shí)例

    我們研究一下話音信息包（Voice-over-packet,VOP），并分析采用什么樣的方案能滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)必須在特定的傳輸信道上發(fā)送和接收，語(yǔ)音數(shù)據(jù)必須壓縮和解壓縮。除了對(duì)取樣話音打包外，網(wǎng)絡(luò)必須能夠接納這些話音信息包并投入到網(wǎng)絡(luò)通信量中，而不導(dǎo)致話音實(shí)時(shí)性方面的任何明顯延遲。

    實(shí)現(xiàn)Vop需要眾多的功能范圍，每一種都具有截然不同的特性。其功能包括：