针对计算密集型嵌入式应用的MCU架构-AtmelCorporation.PDF

针对计算密集型嵌入式应用的 MCU 架构 Øyvind Strøm, PhD. Atmel 摘要 本文说明了开发者面对密集型计算任务的嵌入式应用软件时所面临的挑战。论述了通过创新的架构 来解决这一问题，描述了一种新的 32 位 RISC 架构并通过基准评测对该架构进行了评估。 Atmel Corporation • 2325 Orchard Parkway • San Jose, CA 95131 TEL (408) 441-0311 • FAX (408) 487-2600 • Web Site: MCU ARCHITECTURES FOR COMPUTE-INTENSIVE EMBEDDED APPLICATIONS 目录 基于 DSP 的嵌入式控制系统的计算需求2 增强系统架构以提高吞吐量5 ® AVR 32：高性能，低功耗的 MCU 架构 6 ® AVR32 在 EEMBC 基准评测中的优良表现9 结论10 基于 DSP 的嵌入式控制系统的计算需求 嵌入式控制系统中越来越多的复杂算法会增加系统处理时间。需要进行位操作、矩阵映射算 法以及字节及半字算法的快速傅立叶变换(FFT)、逆离散余弦变换(iDCT)及其它计算密集型 算法在过去几年中以令人意想不到的速度在应用中得到广泛使用。包括数据压缩、信号编 码、车辆乘客安全系统、以及使用 MP3 音频及 MPEG-4 视频编解码器的便携式信息娱乐系 统等均需要先进的计算密集型 DSP 算法。 从过去的经验来看，解决系统处理时间的方法就是提高处理器时钟频率。最近则出现了双核 处理器，其中包含有一到两个 DSP 的 MCU。但是使用这些先进 DSP 算法的应用程序越来 越多的用在使用电池的终端产品中，例如 PDA、手机、POS 机、便携式媒体播放器等。 提高处理器时钟频率会直接增加功耗。使用多处理器(例如 DSP 及 MCU)同样会增加功耗， 因为这样会增加容性负载以及门电路的动作。此外，多处理器系统代码的开发与调试并不轻 松，会增加数月的开发时间。工程师很难确定是哪个处理器的什么代码引起了系统故障。 这些终端产品超小的体积意味着电池体积不能太大，这样电池的有效容量一般被限制在 2 mW/MHz 以下。那么该如何用极低的功耗来满足这些应用所需吞吐量的要求呢? 当功耗受限时，传统的提高处理器时钟或增加处理器的方式是行不通的。因此必须开发低功 耗的支持高强度运算的新的处理器架构。 MPEG-4 解码的处理需求 MPEG-4 是一种通用的低码率视频数据传输编码标准。它只传输帧与帧之间有差异的像素 位，而其他相同的数据则重复使用。 MPEG-4 视频编码实际是一种基于块差异估计的视频编码方案。它压缩的主要方式是将图像 分为 8x8 或 16x16 的宏块(macroblock - MB)，然后进行运动补偿估计、使用离散余弦变换 (DCT)的变换编码、量化以及可变长度编码(VLC)的游程或哈夫曼编码。 基于块的 DCT 编码、量化以及游程或哈夫曼编码都尽可能地对空间冗余和非相关性进行了 挖掘。由于解码时只使用图片自身信息，所以每一帧都可以独立解码。