消費類(lèi)電子設備音頻應用解決方案分析

不論SOC廠(chǎng)商選擇在一個(gè)專(zhuān)用的內核上運行音頻，還是在主CPU上進(jìn)行音頻處理，由于同樣的工具鏈能用于開(kāi)發(fā)基于主CPU和音頻的應用，所以軟件開(kāi)發(fā)工具的成本更低。開(kāi)發(fā)工具成本的一個(gè)主要組成部分是與工具有關(guān)的維護。在專(zhuān)用DSP的情況下，這可能是整個(gè)成本的很大一部分。

那些使用一個(gè)MIPS內核實(shí)現控制功能和使用DSP進(jìn)行音頻處理的開(kāi)發(fā)商必須熟悉兩種不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境。一種典型的開(kāi)發(fā)環(huán)境可能包括操作系統、編譯器、模擬器、仿真器、調試程序、線(xiàn)跡工具、探針和剖面儀。然而，當同樣的內核再度使用時(shí)，只需熟悉一種開(kāi)發(fā)環(huán)境，從而減少總體設計時(shí)間和設計成本。

前優(yōu)化音頻軟件提供上市時(shí)間優(yōu)勢

MIPS科技和其音頻軟件合作伙伴可為MIPS32內核提供各種各樣經(jīng)過(guò)優(yōu)化的音頻應用軟件。這些應用軟件包括多種用于數碼相機、數碼攝像機、機頂盒、數字電視和DVD播放機等消費產(chǎn)品的標準音頻多媒體數字信號編解碼器。這些高度優(yōu)化的算法與MIPS科技提供的高性能開(kāi)發(fā)工具一道，可幫助開(kāi)發(fā)商把重點(diǎn)放在驅動(dòng)應用的開(kāi)發(fā)和集成方面，而無(wú)需對標準音頻的算法進(jìn)行優(yōu)化。

對于那些希望調整其他音頻/DSP算法的用戶(hù)，MIPS DSP程序庫(MIPS DSP Library)作為MIPS軟件工具包的一部分可供使用。這個(gè)程序庫具有廣泛的適用于語(yǔ)音壓縮、回聲消除、噪音消除、通道均衡、音頻處理等信號處理功能，還包括濾波器和FFT等通用功能。這些功能已在MIPS科技的多種處理器系列中實(shí)現了優(yōu)化。MIPS內核有許多特性有助于有效地實(shí)現像DSP這樣的應用。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的音頻多媒體數字信號編解碼器和DSP程序庫可利用這些特性提供重要的優(yōu)勢：

⊙為在所有音頻算法中使用32位整數數據的內部計算提供盡可能最優(yōu)異的音頻質(zhì)量。

⊙MIPS32乘法積累(Multiply-Accumulate，MADD)指令在對DSP MAC運行進(jìn)行編碼時(shí)是非常有效的。

⊙在DSP回路中適當的時(shí)候，可使用MIPS32架構中的數據預取指令。這可使數據預取進(jìn)入高速緩存的下一個(gè)反復，同時(shí)執行當前的反復指令。由于可避免高速緩存的錯誤等待時(shí)間，可以顯著(zhù)地節省總體運行時(shí)間。

⊙存儲器占板面積小對大多數最節省成本的解決方案都是很理想的，MIPS16應用特定擴展(Application Specific Extension，ASE)可用于減少程序代碼容量。這可以通過(guò)簡(jiǎn)便地使用一個(gè)編輯時(shí)間選擇來(lái)實(shí)現，以顯著(zhù)減少程序代碼的容量。

圖2 MIPS音頻解碼的應用實(shí)例

除了上述的特性之外，該軟件還利用其他技術(shù)得到盡可能最高的性能：

⊙MIPS32匯編工具具備加強關(guān)鍵運算計算的人工編碼能力;

⊙建立在內核到內核基礎上的人工時(shí)序可以最大限度地減少加載使用(在指令需要的數據開(kāi)始執行之后，來(lái)自高速緩存/存儲器系統的加載指令數據到達—直到數據可供使用之前，處理器都不會(huì )運行)的瓶頸;

⊙循環(huán)展開(kāi)和軟件流水線(xiàn)操作可用于最佳的代碼時(shí)序。

為了提供最大限度的靈活性，可在軟件中執行MIPS消費音頻平臺的所有算法。不過(guò)，SOC設計者還是可以通過(guò)CorExtend的特性使用MIPS內核指令集來(lái)滿(mǎn)足新出現的音頻標準。用戶(hù)定義的指令(UDI)或CorExtend可為應用加速增加新的指令和狀態(tài)。這種定制能力為SOC廠(chǎng)商提供了改進(jìn)性能和產(chǎn)品個(gè)性化的功能。

遷徙途徑

MIPS科技不斷開(kāi)發(fā)越來(lái)越先進(jìn)的內核設計，并實(shí)現架構方面的進(jìn)展，在持續改善性能方面積累了豐富的經(jīng)驗。在內核領(lǐng)域，MIPS科技已在產(chǎn)品中增加了一個(gè)8段流水線(xiàn)，從而改進(jìn)了時(shí)鐘速度性能。在架構方面，MIPS科技已通過(guò)增加第二版架構(Release 2 Architecture)改善了IPC性能。

MIPS科技繼續承諾改進(jìn)性能，最近又為多線(xiàn)程(Multi-Threading，MT)發(fā)布了ASE MIPS處理器。這種產(chǎn)品與音頻市場(chǎng)有著(zhù)特殊的關(guān)系。MIPS MT ASE利用來(lái)自另一個(gè)可用線(xiàn)程的有用的工作填充流水線(xiàn)固定位置的方法，改善了整個(gè)系統的性能。但是，MT ASE在音頻方面更為顯著(zhù)的特性是其提供了服務(wù)質(zhì)量(QoS)時(shí)序機制。MT ASE采用了一個(gè)可以共享一條單流水線(xiàn)的多重虛擬處理元素(Virtual Processing Elements，VPE)的概念。在一個(gè)音頻環(huán)境中，可以使用兩個(gè)VPE：一個(gè)運行OS(操作系統)，另一個(gè)運行音頻應用。MT ASE可以利用時(shí)序政策，保證使特定任務(wù)的處理器帶寬分配最小。此外，它還可提供服務(wù)質(zhì)量特性。這兩個(gè)特性的結合可以在不跳過(guò)任何音頻幀的情況下保證音頻應用的實(shí)時(shí)執行，同時(shí)也維護了所有其他的實(shí)時(shí)任務(wù)，以及適時(shí)方式的OS。

QoS特性根本上消除了OS中斷對音頻功能表現的影響。通常，中斷服務(wù)可在“發(fā)生”異常的線(xiàn)程執行時(shí)間方面引起相當大的可變性。MT ASE可提供一個(gè)機制，它可使任何異步異常得到延緩，直到OS線(xiàn)程(非豁免線(xiàn)程)被預定。這增加了在一種有限的和受控的方式下OS任務(wù)的中斷等