用于系統級芯片集成的各種處理技術(shù)方案評估

SoC設計范例：衛星無(wú)線(xiàn)電

一個(gè)數字廣播衛星無(wú)線(xiàn)電接收器就是一個(gè)系統如何劃分并如何用一個(gè)現有SOC上不同處理單元來(lái)實(shí)現的很好例子。在美國，衛星無(wú)線(xiàn)電以S波段頻率2.3GHz來(lái)廣播，采用一個(gè)地面同步衛星提供海岸到海岸覆蓋。還有一些地面中繼器，它們可以在主衛星被阻斷時(shí)從另一個(gè)衛星接收信號并傳播出去。所用的調制系統或者是QPSK(正交相移鍵控)，或者是針對衛星的TDM(時(shí)分多址)，這取決于廣播公司，而對地面站來(lái)說(shuō)總是采用OFDM(正交頻分多址)。

衛星無(wú)線(xiàn)電的主要優(yōu)點(diǎn)是它能夠向客戶(hù)提供數百條無(wú)靜電干擾的音頻和消息信道。由于傳輸帶寬窄，衛星無(wú)線(xiàn)電依靠新的感覺(jué)音頻編碼器(PAC)算法進(jìn)行音頻壓縮和解壓縮。PAC的某些特性，如對信道損傷有一定適應能力，使得它很適合廣播無(wú)線(xiàn)電應用。該音頻編碼利用人耳的一些特性，隱藏部分信號失真，而且一旦該信號數字化，剩下的冗余通過(guò)無(wú)噪音編碼被除去。因其高壓縮率和優(yōu)異質(zhì)量，PAC音頻編碼已經(jīng)成為一種事實(shí)上的衛星和數字無(wú)線(xiàn)電廣播標準。圖1顯示了一種衛星無(wú)線(xiàn)電接收器架構。

在信號輸入端，衛星調諧器把2.3GHz載波轉換成基帶信號，模數轉換器再將其數字化以便處理。隨后進(jìn)行QPSK解調，信號完成Viterbi解碼。一個(gè)編/解碼器與該系統的模擬音頻輸入和輸出接口。一個(gè)FPGA提供接口邏輯以產(chǎn)生硬驅動(dòng)和緊湊型閃存所需的合適信號。一個(gè)專(zhuān)用器件輸出NTSC視頻，這是流視頻應用的一個(gè)高級特性。

在SoC中劃分功能

在這個(gè)例子中，系統的核心是一個(gè)雙處理器OMAP器件通過(guò)高性能和低功耗之間的平衡，這種150MHz的OMAP器件把一個(gè)DSP內核同一個(gè)加強型ARM925T RISC處理器集成在一起。其它的特性包括一個(gè)SDRAM存儲器接口和許多外設接口，它們同外部無(wú)線(xiàn)電基帶處理器和外部音頻編/解碼器兼容。

因為OMAP器件設計用于同時(shí)處理多個(gè)多媒體任務(wù)，所以它很適合衛星無(wú)線(xiàn)電應用。一般來(lái)說(shuō)，多媒體功能豐富的器件由許多音頻和視頻壓縮/解壓算法組成，它們需要廣泛的數??算。對這些運算來(lái)說(shuō)，OMAP上的DSP比RISC更適合。比較這兩種處理器的標準測試程序有很多種，從一個(gè)算法到另一個(gè)算法變化很大，但平均而言，RISC完成相同信號處理運算的周期數是DSP的三倍。由于RISC管理系統控制和數據任務(wù)一般比DSP更有效率，因此這兩種處理器的功能可以互補。

該DSP完成的主要信號處理任務(wù)之一是：在衛星信號阻斷因而系統切換到地面廣播時(shí)，對輸入進(jìn)行OFDM解調。OFDM解調器需要運行FFT和反FFT算法，這對運算密集型的DSP來(lái)說(shuō)很合適。該DSP還解壓傳輸來(lái)的PAC編碼信號，而ARM內核則對PAC數據進(jìn)行解密。該DSP的其它功能包括為采用MP3或MPEG-1和layer 3的存儲設備編碼數據，為采用MP3的播放功能解碼數據。

該ARM內核管理來(lái)自調諧器和/或數據存儲器件的流數據。它還完成語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識別和控制/命令任務(wù)，并顯示表明氣象信息和駕駛方向的位圖。通過(guò)恰當地平衡各種處理負載，一個(gè)基于雙內核OMAP處理器的衛星無(wú)線(xiàn)電設計只占用該處理器可用處理資源的一小部分，因而為實(shí)現增強的多媒體功能留有余地2004-6-28，如虛擬3D音效、噪音消除等。表2顯示了這種系統劃分，它表明了每個(gè)功能所用的處理單元類(lèi)型。

衛星無(wú)線(xiàn)電接收器這個(gè)例子說(shuō)明了在一個(gè)現有SoC器件上不同處理器單元之間劃分任務(wù)的好處。專(zhuān)門(mén)為這個(gè)應用研制SoC的設計人員也可以采用前面討論的步驟來(lái)明確劃分其它的處理功能，如Viterbi處理和音頻編解碼器，它們可以經(jīng)濟地集成在該SoC之內。NTSC視頻解碼和其它高級特性無(wú)疑也可以考慮，因為該設計的壽命期有可能貫穿許多接收器產(chǎn)品。除了系統級集成帶來(lái)器件減少的明顯優(yōu)點(diǎn)之外，采用單一的SoC平臺還為開(kāi)發(fā)人員在軟件方面的投資帶來(lái)了極大益處，因為在整個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)的壽命期內只需要很少的再開(kāi)發(fā)工作。

本文小結

帶有多個(gè)處理單元的SoC器件目前是產(chǎn)品設計鏈上的重要一環(huán)，尤其是對需要高度集成的便攜式系統，它們靠該器件提供混合數據和信號處理功能。將一個(gè)特定系統和一個(gè)特定SoC匹配的決策并不總是由技術(shù)因素來(lái)推動(dòng)。在許多情況下，它更多地與可用的資源有關(guān)，與系統需要的靈活度有關(guān)，與如何對付新功能和新缺陷有關(guān)。開(kāi)發(fā)人員應該理解所涉及處理任務(wù)之間的復雜平衡，有效掌握劃分系統功能的程序，并能夠充分利用SoC所提供的巨大能力優(yōu)勢。