DSP推動3G移動通信革命

新近涌現(xiàn)的各種數(shù)字信號處理器(DSP)的規(guī)格尺寸繁多，外形各式各樣，令人難以勝數(shù)，其設(shè)計目標也是為了滿足各種對性能要求高低不同的應(yīng)用。這些需求既包括附加在現(xiàn)有的處理器上、用于提供DSP功能的簡易編碼器，也包括可以驅(qū)動整個第三代蜂窩式電話的高性能器件。

早期的DSP主要用于數(shù)學運算。但后來它們的應(yīng)用大大拓寬。其結(jié)果是，現(xiàn)在DSP也應(yīng)用于以前專屬于微控制器的那些領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，DSP所作的工作要比微控制器在同一領(lǐng)域中要重得多，因為系統(tǒng)現(xiàn)在靠一個處理器(DSP)工作，而非兩個處理器(DSP/微控制器組合)。

設(shè)計者也在改進其編寫代碼的方式。例如，現(xiàn)在有多種途徑可以實現(xiàn)一種特定的函數(shù)（如FFT）。處理器輸入數(shù)據(jù)，進行處理然后再輸出數(shù)據(jù)。兩種不同的算法可以產(chǎn)生相同的結(jié)果，但途徑不同，對運算能力的要求也大相徑庭。隨著工具的改進和設(shè)計者越來越適應(yīng)DSP技術(shù)，這一現(xiàn)象也將得到改善。

由于DSP不象傳統(tǒng)的微處理器和微控制器的應(yīng)用環(huán)境那樣成熟和確定，零售商就必須提供一攬子服務(wù)，包括軟件和開發(fā)工具，而不僅僅是芯片本身。這就是DSP供應(yīng)商有別于其他供應(yīng)商的一個方面——給系統(tǒng)設(shè)計者提供所需的全套軟件和工具，而不是把客戶推給第三方。在方便設(shè)計者的同時，這樣做也可以縮短基于DSP的產(chǎn)品推向市場的時間。

ARC是給現(xiàn)有產(chǎn)品添加一定程度DSP功能的多家廠商中的一家，只是所采用的方式有所不同。該公司提供了一個可定義的內(nèi)核，而不是無法改動的硅片。用戶使用可定義的核時，可以將其拆散，并按完全不同的體系結(jié)構(gòu)重組。因此，當一個設(shè)計者決定在他的處理器中添加DSP功能時，最終獲得的處理器從根本上來看將是全新的。

在使用一個固定的(如具有ARM或MIPS核)處理器時，添加DSP功能就要改變現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，這就要求設(shè)計者學習新的軟件或工具。因此，這些廠商有必要與現(xiàn)有的技術(shù)保持一致。因為在ARM或類似的產(chǎn)品中，設(shè)計者對開發(fā)工具及其達到的性能水平已經(jīng)熟悉和適應(yīng)。但這也從根本上限制了設(shè)計，你不論添加什么，只能放置在核的外圍。真正的關(guān)鍵在于DSP協(xié)處理器(如果這是實現(xiàn)的方式)和主核間的帶寬。

用PLD(可編程邏輯器件)以搭積木的方式也可以實現(xiàn)DSP。在這種方法中，固定的功能一般下載到芯片中。這些功能可包括FIR 濾波、FFT和糾錯。顯然，PLD的功耗比傳統(tǒng)的DSP更多，但從所獲得的靈活性來看也是一種不錯的選擇。

Altera 公司的一位產(chǎn)品市場高級經(jīng)理Justin Cowling說：“用一個PLD構(gòu)建的DSP IP核可以取代電路板上的多個DSP，當你談?wù)摪褞讉€DSP放到電路板上時，功耗明顯高于單個PLD。我們已經(jīng)建立了一個很大的功能固定的DSP功能庫。當一個客戶設(shè)計一個系統(tǒng)時，他只需畫一個包含多個DSP功能的方框圖。”

添加DSP IP對LSI Logic公司的工作人員來說是很自然的事。該公司提供低功耗的可以集成到一片ASIC中的DSP核。CW3000和CW3001兩種核均基于LSI ZSP400體系，分別在95和152MHz兩種頻率下工作(圖1）。ZSP400是一種完全靜態(tài)的核，可以接受高級時鐘管理和低功耗工作模式。這些低功耗模式使得非關(guān)鍵的外圍設(shè)備和系統(tǒng)時鐘可以采用軟件或外部中斷控制，而時鐘管理允許核在逐個周期基礎(chǔ)上避開無效邏輯的時鐘控制。

這種基于核的方法的優(yōu)點在于開發(fā)者明白DSP核提供完全兼容的集成后，可以用符合ZSP標準的產(chǎn)品制作樣機。通過采用一個標準的系統(tǒng)總線(AHB），ASIC開發(fā)者可以選擇多種處理器， 如MIPS和ARM。

Analog Devices 公司(ADI）最近發(fā)布了一種屬于高端的DSP產(chǎn)品。所推出的Blackfin系列處理器基于一種特殊的核，而該核與Intel公司的產(chǎn)品一前一后推出。ADI宣稱這種核在DSP運算性能和功耗方面取得了突破。該系列處理器瞄準了“混合產(chǎn)品”，即組合了通信和運算功能的系統(tǒng)。系列中的第一款21535目前正在進行樣品展示。ADI認為，其優(yōu)勢之一是有該公司的無線研發(fā)小組參與開發(fā)。這兩類研發(fā)小組的“雜交”應(yīng)該能加快此類混合產(chǎn)品的推出。

Blackfin產(chǎn)品采用了動態(tài)功耗管理。這意味著在運行中可以調(diào)整頻率和電壓，以使性能和電池壽命最優(yōu)化。為了增強動態(tài)功耗管理，ADI開發(fā)了用于調(diào)節(jié)DSP電壓和頻率的芯片組。在核方面，ADI試圖很快將Blackfin技術(shù)的處理能力從目前的工作頻率300MHz和運算能力600M MAC（即每秒6億次乘法—累加操作）提高到工作頻率1GHz 和運算速度20億MAC。完整的21535具有豐富的外圍配置，包括USB和PCI接口，以及傳統(tǒng)的DSP類的外設(shè)（圖2）。產(chǎn)品系列中的下一代將針對特定的市場分區(qū)采用不同的外設(shè)配置。

如今一般的移動電話包含一個DSP和一個通用的處理器，如一個RISC處理器。這是因為有時在進行通用信號處理的同時還需要進行數(shù)字信號處理。例如，通過電話交談時需要用到聲音編碼、壓縮和其他DSP功能，同時用戶可能還要按鍵盤上的按鍵，并閱讀顯示的信息。由于DSP必須實時運算以防止丟失采樣點，因此對鍵盤和顯示的控制必須由通用處理器來進行。

TI公司的一位董事兼高級DSP開發(fā)部經(jīng)理Ray Simar說，“幾年前，那些器件將是兩塊單獨的芯片——通用的RISC處理器和DSP,”現(xiàn)在，我們可以把它們集成在同一個封裝中。由于存儲器是內(nèi)置的，它們在功耗方面占有優(yōu)勢，面積也減小了。”

Simar接著說：“同時，電壓也下降了。功耗大致與電壓的平方成正比。如果你能始終降低電壓的量值，就可以大大減少功耗。這很令人感興趣，因為縮小裝置的幾何尺寸勢必要求我們采用更低的電壓，這與在DSP應(yīng)用中降低功耗的需求相一致?！?/font>