浅析SoC时代的多核DSP产品..doc

浅析SoC时代的多核DSP产品国防科技大学计算机学院 汪东数字信号处理器（DSP）是对数字信号进行高速实时处理的专用处理器。在当今的数字化的背景下，DSP已经成为电子工业领域增长最迅速的产品之一。据世界半导体贸易统计组织（WSTS）发布的统计和预测报告显示，1996～2005年，全球DSP市场将一直保持稳步增长，2005年的增长率将达34%。因此，全球DSP市场的前景非常广阔，DSP已成为数字通信、智能控制、消费类电子产品等领域的基础器件。随着应用领域的扩大，人们对DSP应用系统的性能、功耗和成本提出了越来越高的要求，并尝试着在单一硅片上集成更多的处理器核，于是多核DSP应运而生，并推动了SoC产业的成长和壮大，一跃成为SoC时代的骄子。 ? 多核DSP的应用市场 ? 3G移动通信 ? 多核DSP最重要的应用领域之一就是3G数字移动通信。其中包括基站和移动终端两方面的应用。基站所使用的DSP更注重高性能，对成本和功耗不是非常敏感。而移动终端要面向具体的用户，设计时必须在功能、功耗、体积、价格等方面进行综合考虑，因此移动终端对核心处理器的要求更加苛刻。 ? 2G数字蜂窝电话的核心处理器都是基于双处理器结构的，即包含1个DSP和1个RISC微控制器（MCU）。DSP用来实现通信协议栈中物理层协议的功能；而MCU则用来支持用户操作界面，并实现上层通信协议的各项功能。 ? 3G数字移动通信标准增加了通信带宽，并更加强调高级数据应用，例如可视电话、GPS定位、MPEG4播放等。这就对核心处理器的性能提出了更高的要求，即能够同时支持3G移动通信和数据应用。在现代化的3G系统中，对处理速度的要求大概要超过60～130亿次每秒运算。如果用现有的DSP，需要20～80片低功耗DSP芯片才能满足要求。因此，承担这一重任的多核DSP处理器芯片必须在功耗增长不大的前提下大幅度提高性能，并且要具备强大的多任务实时处理能力。多核DSP在嵌入式操作系统的实时调度下，能够将多个任务划分到各个内核，大大提高了运算速度和实时处理性能。这些特点将使3G手机能够同时支持实时通信和用户交互式多媒体应用，支持用户下载各种应用程序。图1给出了一种3G通信多核DSP处理器的架构。 ? ? 军事应用 ? 多核DSP在军事领域的应用主要包括软件无线电和目标识别两大方面。 ? 软件无线电(SR)是将标准化、模块化的硬件功能单元通过高速总线或高速网络等连接形成一个通用的数字式硬件平台，再通过软件加载的方式来实现各种类型无线通信系统的开放式体系结构。采用软件无线电技术实现的通信系统灵活性强，易于实现与不同的频带、带宽和调制方式的通信系统的互连、互通，系统的升级更新方便，能更充分地利用有限的频谱资源。图2给出了一种SR的体系结构。SR的基带处理部分的计算非常密集，要完成信号的调制/解调、编/译码、交织/去交织、扩频/解扩、加/解密、信道均衡、定时、同步甚至信源编码等工作，产生所谓DSP瓶颈。传统的方法是采用树状结构或网状结构的多处理器技术，用可编程器件（如FPGA）、DSP和通用CPU等结合实现。多核DSP的出现将有助于解决DSP瓶颈问题，并成为SR的核心部件。 ? ? 另外，军用导弹、鱼雷、雷达中大量采用目标识别技术。其核心算法就是把传感器采集的实时图像与存储在系统中的原有地图进行对比，以确定导弹的现有方位并及时调整飞行姿态，因此这类应用的实时性要求非常高。如果采用多核DSP，就可以把整个地图划分成多个小块，在多个DSP核上同时进行图像对比运算，找出最大匹配目标。 ? 数字消费类电子 ? DSP是数字消费类电子产品中的关键器件，这类产品的更新换代非常快，对核心DSP的性能追求也无止境。 ? 由于DSP的广泛应用，数字音响设备得以飞速发展，带数码控制功能的多通道、高保真音响逐渐进入人们的生活。此外，DSP在音效处理领域也得到广泛采用，例如多媒体音效卡。在语音识别领域，DSP也大有用武之地。Motorola公司等厂商正在开发基于DSP的语音识别系统。 ? 数字视频产品也大量采用高性能DSP。例如数码摄像机，已经能够实时地对图像进行MPEG4压缩并存储到随机的微型硬盘甚至DVD光碟上。此外，多核DSP还应用在视频监控领域。这类应用往往要求具有将高速、实时产生的多路视频数字信号进行压缩、传输、存储、回放和分析的功能，其核心的工作就是完成大数据量、大计算量的数字视频/音频的压缩编码处理。 ? 数字电视的普及也将使用大量高性能DSP。Philips半导体电视机和机顶盒市场副总裁Julian认为，结合多种网络传输方式的多模式并且融合了PVR（个人视频录像）功能的高端机顶盒将成为未来家庭媒体的中心。人们通过机顶盒不但可以进行视频点播，而且可以实现在线购物、电视医院、远程互动教育等功能。 ?