多核DSP結(jié)構(gòu)與超核DSP結(jié)構(gòu)

Internet爆炸性的增長(zhǎng)，線路網(wǎng)絡(luò)與分組網(wǎng)絡(luò)的加速融合，對(duì)通信設(shè)備和應(yīng)用提出了一系列新的要求。目前的線路交換技術(shù)是在Internet時(shí)代之前很久設(shè)計(jì)的，由于它們只對(duì)通話業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，已不能支持當(dāng)今成指數(shù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為此，服務(wù)提供商正在部署分組網(wǎng)絡(luò)（Internet協(xié)議）和信元網(wǎng)絡(luò)（ATM），并從老式設(shè)備轉(zhuǎn)向以分組交換為中心的軟交換技術(shù)和媒介網(wǎng)關(guān)。 

  本文旨在幫助那些正在構(gòu)建分組交換技術(shù)的公司解決在設(shè)計(jì)新型網(wǎng)絡(luò)時(shí)遇到的眾多難題中的一個(gè)問(wèn)題：如何管理好有關(guān)語(yǔ)音、傳真以及數(shù)據(jù)的眾多協(xié)議。這些產(chǎn)品需進(jìn)一步擴(kuò)容來(lái)滿足中心局的要求，而且必要有足夠的靈活性來(lái)適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用，動(dòng)態(tài)地支持語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)協(xié)議?？焖偕鲜械慕輳桨ㄊ褂门c第三方應(yīng)用軟件緊密結(jié)合的最新的DSP技術(shù)。這里又引出了新的難題：如何選擇合適的DSP結(jié)構(gòu)。 

  制造商在設(shè)計(jì)多信道、多協(xié)議共用資源時(shí)，有多種DSP可供選擇。這些DSP不僅在結(jié)構(gòu)上存在差別，而且制作用的固體工藝也不盡相同。本文并不想對(duì)市場(chǎng)上可利用的全部DSP作詳盡比較，而更多集中在基本結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要區(qū)別及其對(duì)通信設(shè)計(jì)的影響。下面準(zhǔn)備討論的基本結(jié)構(gòu)是多核DSP與超核DSP。  

   DSP技術(shù) 

  DSP供應(yīng)商通常按產(chǎn)品系列對(duì)DSP分組。每個(gè)系列以特定DSP芯核為基礎(chǔ)，根據(jù)內(nèi)存和外圍電路的變化組成衍生品種。固體技術(shù)的發(fā)展讓DSP 制造商有可能在單個(gè)硅片上安置多個(gè)芯核，創(chuàng)建了多核DSP。這些器件含有多個(gè)獨(dú)立芯核，每個(gè)芯核有自己的存儲(chǔ)器，僅在某些情況下訪問(wèn)共享存儲(chǔ)器。 

  在推出多核DSP的同時(shí)，某些新設(shè)計(jì)采用不同的方案來(lái)分配可利用的硅片空間，這就是超核DSP。目前的超核DSP內(nèi)置單個(gè)、強(qiáng)功能、長(zhǎng)指令字的32位處理單元，且備有大容量?jī)?nèi)存以及與外部RAM無(wú)縫粘接邏輯。這些器件是可進(jìn)行并行處理的單核單元。隨著時(shí)間的推移，目前的這種超核DSP會(huì)出現(xiàn)在多芯核封裝中，這與過(guò)去頂級(jí)芯核被制作在目前的多芯核封裝中極為相似。 

  由于目前多核DSP采用了老式、低性能芯核，其售價(jià)比超芯核DSP低。初看起來(lái)，使用廉價(jià)的器件更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，然而與超核帶來(lái)的靈活性、功能性與高密度相比，這是一種短期的優(yōu)勢(shì)。 

   DSP選擇方案的比較 

在通信設(shè)備的眾多要求中，首先要考慮擴(kuò)容性，以符合中心局的要求；足夠的靈活性，適應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用；以及對(duì)語(yǔ)音、傳真以及數(shù)據(jù)多種協(xié)議的支持。設(shè)備設(shè)計(jì)人員在組建基于DSP的多信道、融合接入解決方案時(shí)有兩種選擇：多核結(jié)構(gòu)或超核結(jié)構(gòu)。 

為了比較起見(jiàn)，考慮設(shè)計(jì)一個(gè)能支持E1范圍（30通道）語(yǔ)音，傳真、數(shù)據(jù)同時(shí)呼叫的設(shè)備，其呼叫的組合不存在任何統(tǒng)計(jì)上的多路復(fù)用假設(shè)。這就是說(shuō)，能支持30路語(yǔ)音呼叫、或30路傳真呼叫，或30路數(shù)據(jù)呼叫的最極端條件以及任何混合呼叫（如10路語(yǔ)音、10路傳真、10路數(shù)據(jù)）。 Texas Instruments 出品的兩種DSP：C54X多核結(jié)構(gòu)與C62X超核結(jié)構(gòu)，都能滿足上述要求，下面就以此兩種產(chǎn)品為基礎(chǔ)進(jìn)行比較。 

  C5420與C5421是以雙100MIPS處理器芯核為基礎(chǔ)制作的，其差別主要是內(nèi)存容量不同。C5421具有兩芯核共享的128KW代碼存儲(chǔ)器，此外，每個(gè)芯核還備有64KW數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于內(nèi)存空間有限，128KW程序存儲(chǔ)器容納不了產(chǎn)品所需的全部協(xié)議。器件也未提供外存連接措施，如果真的需要外存，可采用昂貴的零等待態(tài)SRAM的變通解決方案。如果系統(tǒng)想要處理融合事務(wù)，C54X有限的資源需要增添額外的芯片。 

 C54X的資源要求本例討論支持V.90調(diào)制解調(diào)器E1范圍解決方案的資源因素，選擇V.90是因?yàn)樗璧膮f(xié)議資源最廣。每個(gè) C5420／21芯核最多能支持3個(gè)V.90數(shù)據(jù)泵。V.42與V4.2－bis ECDC（誤碼校正與數(shù)據(jù)壓縮）協(xié)議另需額外的資源，這已超過(guò) C5420／21所能提供的功能。簡(jiǎn)單的計(jì)算表明，至少需要5個(gè)C5421芯片（3通道／芯核╳2芯核／每片╳5片＝30通道）。然而，由于C5421的內(nèi)存有限，需要額外的芯片來(lái)解決融合事務(wù)。例如，在某一給定時(shí)間，假定E1范圍全部信道都是調(diào)制解調(diào)器呼叫，這表明5個(gè)C5421芯片的全部10個(gè)芯核都在執(zhí)行相同的調(diào)制解調(diào)器軟件。如果此時(shí)有2個(gè)調(diào)制解調(diào)器呼叫停止，代之以1個(gè)語(yǔ)音呼叫和1上傳真呼叫，那么芯片就沒(méi)有足夠的內(nèi)存來(lái)同時(shí)支持調(diào)制解調(diào)器、語(yǔ)音與傳真機(jī)三種軟件的執(zhí)行。其結(jié)果是需要第6個(gè)DSP來(lái)彌補(bǔ)C5421程序存儲(chǔ)器的不足。 

再舉一個(gè)例子，如果開(kāi)始是30個(gè)調(diào)制解調(diào)器呼叫，切斷其中20個(gè)代之以10個(gè)傳真機(jī)與10個(gè)不同聲碼器的呼叫，系統(tǒng)將要進(jìn)行大量的信道交換和程序下載。為了避免更多的備用芯片（超過(guò)已增加的第6個(gè)DSP），上一級(jí)主控軟件（在控制器上執(zhí)行）將重新安排每個(gè)C54X芯片上的軟件，將信道重新路由給更緊急的服務(wù)。例如，管理軟件將試圖建立1個(gè)“V.90”C5421 DSP、1個(gè)“傳真” C5421 DSP、以及1個(gè)語(yǔ)音 C5421 DSP。這種廣泛的交換與路由管理將芯片數(shù)保持6片以下，但必然使系統(tǒng)管理復(fù)雜化，也降低了系統(tǒng)的性能。傳真信道與調(diào)制解調(diào)器信道在重新路由時(shí)可能被切斷或重新連接，而語(yǔ)音呼叫易受噪聲與抖動(dòng)的干擾，調(diào)制解調(diào)器的吞吐率也要打折扣。 

  考慮到支持調(diào)制解調(diào)器呼叫終端需6個(gè)DSP芯片和另加的ECDC處理器，這里推薦一種設(shè)計(jì)方案，它由兩個(gè)并行的、包含3片C5421模塊組成，每個(gè)模塊擁有自己的一個(gè)控制處理器，這兩個(gè)模塊合在一起由一個(gè)上級(jí)控制器管理。 

C62X資源要求 

C62X系列基于單個(gè)高性能芯核，備有大容量?jī)?nèi)存與幾乎無(wú)限制地訪問(wèn)外存的能力。訪問(wèn)廉價(jià)的SDRAM簡(jiǎn)單可行。因此在并運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，語(yǔ)音、傳真與數(shù)據(jù)所需的全部協(xié)議可駐留在C62X的存儲(chǔ)器空間，可省去C54系列所要求的額外DSP。當(dāng)然，C62X也不是十全十美的。至少按“每個(gè)DSP"論, C62X系列的功耗比C54X系列略大。然而按“每個(gè)信道”進(jìn)行比較，由于C62X的芯片密度高、功率被分配到較多的信道上，因此兩者的功相差不大。TI 公司計(jì)劃在2001年初，將降低這兩種新產(chǎn)品的功耗。 

  由于C62X超核具有并行處理能力和幾乎無(wú)限的可利用存儲(chǔ)器，它的設(shè)計(jì)比C54X要簡(jiǎn)單得多。全部需要的協(xié)議可駐留在芯片的存儲(chǔ)器空間，無(wú)需動(dòng)態(tài)代碼下載或信道重新路由。如同C54X解決方案，其驅(qū)動(dòng)因素是滿足管理E1范圍的V.90調(diào)制解調(diào)器。TI的C6202可管理15個(gè)完整的V.90調(diào)制解調(diào)器（包括ECDC 層），因此E1由2片C6202支持。雙C6202設(shè)計(jì)有效地減少了50％的元件數(shù)，免除了控制器的分層結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)管理軟件。  

產(chǎn)品的升級(jí) 

產(chǎn)品的升級(jí)受下面兩個(gè)因素的制約：DSP產(chǎn)品的發(fā)展安排和標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的可能變更。 

  C5420可自然升級(jí)至C5421，C5421不僅提供更多的存儲(chǔ)器，而且改善了操作粒度，每個(gè)芯核使用同一個(gè)程序存儲(chǔ)器。然而升級(jí)很可能需要改寫(xiě)控制器上交換與信道路由軟件的部分代碼；C6202有更自然的向C6203升級(jí)的途徑，C6203在代碼與引腳上與前者兼容，支持更高密度的融合內(nèi)存池。無(wú)需更改DSP或控制器中的軟件。V.92調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)已在6月份公布。新的對(duì)稱(chēng)調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)將需要更多的存儲(chǔ)器資源。不僅新的V.92標(biāo)準(zhǔn)需要支持，而且原先的V.90標(biāo)準(zhǔn)也是需要的，以對(duì)已安裝的老式Modem提供支持。增加存儲(chǔ)器不會(huì)影響C6203的設(shè)計(jì)，而添加新的或升級(jí)后的協(xié)議使 C54X設(shè)計(jì)復(fù)雜化。不僅如此，還要根據(jù)芯核間的路由方式和每個(gè)芯核應(yīng)執(zhí)行那些軟件來(lái)改寫(xiě)管理軟件。就語(yǔ)音／傳真／調(diào)制解調(diào)器協(xié)議的更改需要更多的處理資源而言，超級(jí)芯核6203無(wú)疑更能滿足處理能力的要求并在操作粒度方面不必用任何處理器資源。反之，由于C54X每個(gè)芯核可利用的資源有限，在提供不同的路由與交換 

算法時(shí)需改寫(xiě)管理軟件。多信道、多協(xié)議融合接入設(shè)備的設(shè)計(jì)人員可選用多芯核ＤＳＰ，抑或較高性能的超級(jí)芯核ＤＳＰ。在多芯核結(jié)構(gòu)的功率優(yōu)勢(shì)與超級(jí)芯核結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性、多功能性以及升級(jí)能力的優(yōu)勢(shì)之間權(quán)衡利弊關(guān)系。綜合上述分析得出這樣的結(jié)論，根據(jù)支持真正融合（語(yǔ)音、傳真、調(diào)制解調(diào)器）的能力、擴(kuò)展至載體級(jí)密度、簡(jiǎn)化主處理器要求以及更能適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用的變更等諸方面因素，超級(jí)核DSP無(wú)疑是較佳的選擇。