多核DSP結(jié)構與超核DSP結(jié)構概述

Internet爆炸性的增長，線路網(wǎng)絡與分組網(wǎng)絡的加速融合，對通信設備和應用提出了一系列新的要求。目前的線路交換技術是在Internet時代之前很久設計的，由于它們只對通話業(yè)務進行優(yōu)化，已不能支持當今成指數(shù)增長的數(shù)據(jù)業(yè)務。為此，服務提供商正在部署分組網(wǎng)絡(Internet協(xié)議)和信元網(wǎng)絡(ATM)，并從老式設備轉(zhuǎn)向以分組交換為中心的軟交換技術和媒介網(wǎng)關。

本文旨在幫助那些正在構建分組交換技術的公司解決在設計新型網(wǎng)絡時遇到的眾多難題中的一個問題：如何管理好有關語音、傳真以及數(shù)據(jù)的眾多協(xié)議。這些產(chǎn)品需進一步擴容來滿足中心局的要求，而且必要有足夠的靈活性來適應新標準和應用，動態(tài)地支持語音、傳真、數(shù)據(jù)協(xié)議?？焖偕鲜械慕輳桨ㄊ褂门c第三方應用軟件緊密結(jié)合的最新的DSP技術。這里又引出了新的難題：如何選擇合適的DSP結(jié)構。

制造商在設計多信道、多協(xié)議共用資源時，有多種DSP可供選擇。這些DSP不僅在結(jié)構上存在差別，而且制作用的固體工藝也不盡相同。本文并不想對市場上可利用的全部DSP作詳盡比較，而更多集中在基本結(jié)構的一個重要區(qū)別及其對通信設計的影響。下面準備討論的基本結(jié)構是多核DSP與超核DSP。

DSP技術

DSP供應商通常按產(chǎn)品系列對DSP分組。每個系列以特定DSP芯核為基礎，根據(jù)內(nèi)存和外圍電路的變化組成衍生品種。固體技術的發(fā)展讓DSP制造商有可能在單個硅片上安置多個芯核，創(chuàng)建了多核DSP。這些器件含有多個獨立芯核，每個芯核有自己的存儲器，僅在某些情況下訪問共享存儲器。

在推出多核DSP的同時，某些新設計采用不同的方案來分配可利用的硅片空間，這就是超核DSP。目前的超核DSP內(nèi)置單個、強功能、長指令字的32位處理單元，且備有大容量內(nèi)存以及與外部RAM無縫粘接邏輯。這些器件是可進行并行處理的單核單元。隨著時間的推移，目前的這種超核DSP會出現(xiàn)在多芯核封裝中，這與過去頂級芯核被制作在目前的多芯核封裝中極為相似。

由于目前多核DSP采用了老式、低性能芯核，其售價比超芯核DSP低。初看起來，使用廉價的器件更經(jīng)濟實用，然而與超核帶來的靈活性、功能性與高密度相比，這是一種短期的優(yōu)勢。

DSP選擇方案的比較

在通信設備的眾多要求中，首先要考慮擴容性，以符合中心局的要求;足夠的靈活性，適應新的標準與應用;以及對語音、傳真以及數(shù)據(jù)多種協(xié)議的支持。設備設計人員在組建基于DSP的多信道、融合接入解決方案時有兩種選擇：多核結(jié)構或超核結(jié)構。

為了比較起見，考慮設計一個能支持E1范圍(30通道)語音，傳真、數(shù)據(jù)同時呼叫的設備，其呼叫的組合不存在任何統(tǒng)計上的多路復用假設。這就是說，能支持30路語音呼叫、或30路傳真呼叫，或30路數(shù)據(jù)呼叫的最極端條件以及任何混合呼叫(如10路語音、10路傳真、10路數(shù)據(jù))。Texas Instruments 出品的兩種DSP：C54X多核結(jié)構與C62X超核結(jié)構，都能滿足上述要求，下面就以此兩種產(chǎn)品為基礎進行比較。

C5420與C5421是以雙100MIPS處理器芯核為基礎制作的，其差別主要是內(nèi)存容量不同。C5421具有兩芯核共享的128KW代碼存儲器，此外，每個芯核還備有64KW數(shù)據(jù)存儲器。由于內(nèi)存空間有限，128KW程序存儲器容納不了產(chǎn)品所需的全部協(xié)議。器件也未提供外存連接措施，如果真的需要外存，可采用昂貴的零等待態(tài)SRAM的變通解決方案。如果系統(tǒng)想要處理融合事務，C54X有限的資源需要增添額外的芯片。

C54X的資源要求本例討論支持V.90調(diào)制解調(diào)器E1范圍解決方案的資源因素，選擇V.90是因為它所需的協(xié)議資源最廣。每個C5420/21芯核最多能支持3個V.90數(shù)據(jù)泵。V.42與V4.2-bis ECDC(誤碼校正與數(shù)據(jù)壓縮)協(xié)議另需額外的資源，這已超過C5420/21所能提供的功能。簡單的計算表明，至少需要5個C5421芯片(3通道/芯核╳2芯核/每片╳5片=30通道)。然而，由于C5421的內(nèi)存有限，需要額外的芯片來解決融合事務。例如，在某一給定時間，假定E1范圍全部信道都是調(diào)制解調(diào)器呼叫，這表明5個C5421芯片的全部10個芯核都在執(zhí)行相同的調(diào)制解調(diào)器軟件。如果此時有2個調(diào)制解調(diào)器呼叫停止，代之以1個語音呼叫和1上傳真呼叫，那么芯片就沒有足夠的內(nèi)存來同時支持調(diào)制解調(diào)器、語音與傳真機三種軟件的執(zhí)行。其結(jié)果是需要第6個DSP來彌補C5421程序存儲器的不足。

再舉一個例子，如果開始是30個調(diào)制解調(diào)器呼叫，切斷其中20個代之以10個傳真機與10個不同聲碼器的呼叫，系統(tǒng)將要進行大量的信道交換和程序下載。為了避免更多的備用芯片(超過已增加的第6個DSP)，上一級主控軟件(在控制器上執(zhí)行)將重新安排每個C54X芯片上的軟件，將信道重新路由給更緊急的服務。例如，管理軟件將試圖建立1個“V.90”C5421 DSP、1個“傳真” C5421 DSP、以及1個語音 C5421 DSP。這種廣泛的交換與路由管理將芯片數(shù)保持6片以下，但必然使系統(tǒng)管理復雜化，也降低了系統(tǒng)的性能。傳真信道與調(diào)制解調(diào)器信道在重新路由時可能被切斷或重新連接，而語音呼叫易受噪聲與抖動的干擾，調(diào)制解調(diào)器的吞吐率也要打折扣。

考慮到支持調(diào)制解調(diào)器呼叫終端需6個DSP芯片和另加的ECDC處理器，這里推薦一種設計方案，它由兩個并行的、包含3片C5421模塊組成，每個模塊擁有自己的一個控制處理器，這兩個模塊合在一起由一個上級控制器管理。

C62X資源要求

C62X系列基于單個高性能芯核，備有大容量內(nèi)存與幾乎無限制地訪問外存的能力。訪問廉價的SDRAM簡單可行。因此在并運行時間內(nèi)，語音、傳真與數(shù)據(jù)所需的全部協(xié)議可駐留在C62X的存儲器空間，可省去C54系列所要求的額外DSP。當然，C62X也不是十全十美的。至少按“每個DSP"論,C62X系列的功耗比C54X系列略大。然而按“每個信道”進行比較，由于C62X的芯片密度高、功率被分配到較多的信道上，因此兩者的功相差不大。TI公司計劃在2001年初，將降低這兩種新產(chǎn)品的功耗。

由于C62X超核具有并行處理能力和幾乎無限的可利用存儲器，它的設計比C54X要簡單得多。全部需要的協(xié)議可駐留在芯片的存儲器空間，無需動態(tài)代碼下載或信道重新路由。如同C54X解決方案，其驅(qū)動因素是滿足管理E1范圍的V.90調(diào)制解調(diào)器。TI的C6202可管理15個完整的V.90調(diào)制解調(diào)器(包括ECDC 層)，因此E1由2片C6202支持。雙C6202設計有效地減少了50%的元件數(shù)，免除了控制器的分層結(jié)構以及相應管理軟件。

產(chǎn)品的升級

產(chǎn)品的升級受下面兩個因素的制約：DSP產(chǎn)品的發(fā)展安排和標準與協(xié)議的可能變更。

C5420可自然升級至C5421，C5421不僅提供更多的存儲器，而且改善了操作粒度，每個芯核使用同一個程序存儲器。然而升級很可能需要改寫控制器上交換與信道路由軟件的部分代碼;C6202有更自然的向C6203升級的途徑，C6203在代碼與引腳上與前者兼容，支持更高密度的融合內(nèi)存池。無需更改DSP或控制器中的軟件。V.92調(diào)制解調(diào)器標準已在6月份公布。新的對稱調(diào)制解調(diào)器標準將需要更多的存儲器資源。不僅新的V.92標準需要支持，而且原先的V.90標準也是需要的，以對已安裝的老式Modem提供支持。增加存儲器不會影響C6203的設計，而添加新的或升級后的協(xié)議使C54X設計復雜化。不僅如此，還要根據(jù)芯核間的路由方式和每個芯核應執(zhí)行那些軟件來改寫管理軟件。就語音/傳真/調(diào)制解調(diào)器協(xié)議的更改需要更多的處理資源而言，超級芯核6203無疑更能滿足處理能力的要求并在操作粒度方面不必用任何處理器資源。反之，由于C54X每個芯核可利用的資源有限，在提供不同的路由與交換

算法時需改寫管理軟件。多信道、多協(xié)議融合接入設備的設計人員可選用多芯核DSP，抑或較高性能的超級芯核DSP。在多芯核結(jié)構的功率優(yōu)勢與超級芯核結(jié)構的可擴展性、多功能性以及升級能力的優(yōu)勢之間權衡利弊關系。綜合上述分析得出這樣的結(jié)論，根據(jù)支持真正融合(語音、傳真、調(diào)制解調(diào)器)的能力、擴展至載體級密度、簡化主處理器要求以及更能適應標準與應用的變更等諸方面因素，超級核DSP無疑是較佳的選擇。