解決高清音頻 IC 設(shè)計(jì)難題

慢速外部存儲(chǔ)器存取
許多在DSP上運(yùn)行的音頻算法傳統(tǒng)上均以非序列(non-sequential)的方式對(duì)大容量緩存進(jìn)行存取。一般而言，這些緩存都太大，無法駐留在處理器的片上存儲(chǔ)器中，故它們必須置于速度較慢的外部存儲(chǔ)器中，如DDR SDRAM。另外，非序列存取也給維持高性能的目標(biāo)帶來一個(gè)挑戰(zhàn)。由于音頻解碼器常常與視頻解碼器爭(zhēng)奪數(shù)據(jù)總線吞吐量，故存儲(chǔ)器存取效率非常重要。要提供高質(zhì)量的音頻體驗(yàn)，就必須解決這個(gè)難題以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的性能。

解決難題
要解決影響高清音頻DSP領(lǐng)域的眾多問題，需要一個(gè)基于功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器的系統(tǒng)，其中應(yīng)包括合適的軟件和外設(shè)。CEVA-HD-Audio就是這種高清音頻系統(tǒng)的實(shí)例，它是一個(gè)全面完善的單核DSP解決方案，能夠滿足最嚴(yán)苛的高清音頻使用案例的要求。

CEVA-HD-Audio是基于CEVA-TeakLite-III DSP內(nèi)核的系統(tǒng)。CEVA-TeakLite-III擁有本地32位處理能力和雙乘法累加(Multiply-Accumulate, MAC)架構(gòu)，是需要先進(jìn)音頻標(biāo)準(zhǔn)的高清音頻應(yīng)用的理想DSP方案。另外，CEVA-TeakLite-III還具有良好平衡的10級(jí)管線，使其內(nèi)核在65nm工藝下的運(yùn)作頻率仍超過550MHz(在最差條件和工藝)。CEVA-HD-Audio集成了一個(gè)帶有32位寄存器文件、64位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶寬、32×32位乘法器和自動(dòng)32位飽和的本地32位SIMD DSP處理器。CEVA-TeakLite-III還具有一個(gè)帶有完善MAC指令集的雙16×16 MAC，可實(shí)現(xiàn)語音/VoIP和全面的流處理位操作(bit-manipulation)功能，這對(duì)流處理十分有用。除了帶有多精度點(diǎn)的固有32位數(shù)據(jù)處理功能之外，單周期32位MAC單元還包括用于無損編解碼器的72位MAC累加，和獨(dú)特的單精度與雙精度FFT蝶形指令(butterfly instruction)，以及一個(gè)2/4周期內(nèi)核。

圖3 CEVA TeakLite-III結(jié)構(gòu)框圖

CEVA-TeakLite-III架構(gòu)嵌入了CEVA-Quark指令集，是全面的獨(dú)立式嵌入緊湊型指令集架構(gòu)(ISA)。這種獨(dú)特的ISA旨在僅利用16位指令，減小芯片的尺寸和成本，同時(shí)降低功耗，減少存儲(chǔ)器存取次數(shù)。CEVA-Quark ISA是一套完整的指令，包括存儲(chǔ)器存取、算術(shù)與乘法運(yùn)算、邏輯、移位和流處理位操作指令以及控制操作。應(yīng)用程序開發(fā)人員還可以把CEVA-Quark指令與其他更先進(jìn)的CEVA-TeakLite-III指令相混合，無須切換到不同的運(yùn)作模式。這種組合特性可使代碼量減少4倍，周期數(shù)減少了近9倍。

利用單核實(shí)現(xiàn)高性能高清音頻
上面提到的處理效率，顯示CEVA-TeakLite-III能夠利用單核DSP，輕松提供完整的高清音頻支持。由于它擁有更小的存儲(chǔ)器，所以尺寸更小，性能更高，比市場(chǎng)上其他競(jìng)爭(zhēng)解決方案更為優(yōu)勝。單核實(shí)現(xiàn)方案也意味著不論從硬件還是軟件的角度來看，應(yīng)用開發(fā)和集成都更為容易。

本地音頻處理
CEVA-HD-Audio具有32位本地處理能力，故能為高清音頻算法提供很高的精度。此外，64位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器帶寬可確保DSP不斷有數(shù)據(jù)樣本與系數(shù)饋入，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)處理。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，CEVA-HD-Audio解決方案還備有一套完整的音頻編解碼器。音頻編解碼器算法設(shè)計(jì)使用一個(gè)普通的DMA引擎，使數(shù)據(jù)傳送和算法執(zhí)行能夠并行進(jìn)行，有助音頻算法和編解碼流程。另外，CEVA-HD-Audio還包含了一個(gè)帶有指令緩存的存儲(chǔ)子系統(tǒng)、用于數(shù)據(jù)的緊密耦合存儲(chǔ)器和AHB/APB系統(tǒng)接口(包括主和從接口)。這些特性能幫助CEVA-HD-Audio用戶滿足復(fù)雜音頻使用案例、外部存儲(chǔ)器存取的高延時(shí)和有限的系統(tǒng)速度等嚴(yán)苛要求。它們也易于集成到基于CPU的SoC中，可以實(shí)現(xiàn)完整音頻系統(tǒng)的快速產(chǎn)量提升。

高清音頻的軟件開發(fā)
一套包括C編譯器、匯編器、鏈接器、代碼庫、調(diào)試器和仿真器的完整的軟件開發(fā)工具也是非常重要的，因?yàn)樗鼈兡軌驇椭脩粞杆俜奖愕剡M(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和集成。一個(gè)基于GUI的開發(fā)環(huán)境也讓編程人員能夠輕松遵循不同的處理流程，提高編程、編譯和調(diào)試流程的效率。