面向移動通信的DSP發(fā)展動向

 
　　DSP在移動通信終端產(chǎn)品中是實(shí)時處理聲音編碼/解碼、聲音識別和活動圖像的關(guān)鍵器件。世界各大半導(dǎo)體制造商，對于DSP的研究與開發(fā)都給予高度重視，各自都為多爭取一些市場份額而努力奮斗，不斷開發(fā)出新一代面向移動通信的DSP產(chǎn)品。

　　隨著Internet應(yīng)用的深入普及，以第3代移動通信手段來無線接入Internet正蔚然成風(fēng)，方興未艾。例如，現(xiàn)在利用IMT-2000手機(jī)，可以享受高速且大容量的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，諸如聽音樂﹑欣賞靜止圖像和活動圖像。因此，對數(shù)字信號處理器提出嚴(yán)格要求，如像要求更高速的處理能力而且實(shí)現(xiàn)低功耗化。于是，各個DSP制造商紛紛推出各自的新一代DSP產(chǎn)品。本文以NEC的μPD7721x系列新一代面向移動通信的DSP產(chǎn)品為例，介紹新DSP技術(shù)特點(diǎn)和相關(guān)新技術(shù)動向。 

新一代DSP特點(diǎn)

　　今天，數(shù)字信號處理器已和現(xiàn)代微處理器一樣，采用0.13μm的最新半導(dǎo)體工藝制造，集成度超過千萬個晶體管。例如，面向移動通信用的DSP（μPD77210），在5.3×4.9mm2的硅片上集成了大約1400萬個晶體管，利用5層布線的CMOS工藝；功耗比以往的產(chǎn)品減半，處理速度高達(dá)160MIPS（提高1倍），利用1.5V低電壓供電，實(shí)現(xiàn)0.3mA/MIPS，堪稱是高速且低功耗化的DSP產(chǎn)品。該產(chǎn)品規(guī)范，詳見表1所示。

表1：面向移動通信的DSP規(guī)范（定點(diǎn)，16位） 

表1：面向移動通信的DSP規(guī)范（定點(diǎn)，16位）

關(guān)鍵性技術(shù) 

　　這種面向移動通信的新一代DSP（μPD77210）是16位字長定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，它是NEC公司μPD7721x系列的第1個新產(chǎn)品。在該DSP產(chǎn)品里，采用了以下新技術(shù)：

　　1. 層次化體系結(jié)構(gòu)

　　μPD77210型DSP的體系結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。

　　為了提高產(chǎn)品的開發(fā)效率，NEC公司采用由內(nèi)核宏模塊（Core Macro）構(gòu)成的層次化設(shè)計方法。實(shí)際上，它就是當(dāng)今流行的利用IP Core的設(shè)計自動化方法，其關(guān)鍵在于NEC成功地測試和調(diào)整出該DSP系統(tǒng)。因?yàn)槔肐P Core設(shè)計芯片容易，但是要保證系統(tǒng)正確無誤，測試和調(diào)整十分困難。

　　該DSP產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)分為以下兩個層次，其一是DSP Core和Peripheral Core，再者是芯片內(nèi)置的存儲器。關(guān)于DSP Core部分，包括有32位的指令總線，16位寬度的數(shù)據(jù)總線（X-數(shù)據(jù)總線，Y-數(shù)據(jù)總線），它是掌管運(yùn)算器、程序控制部件和數(shù)據(jù)尋址部件等體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)核（Core）。外圍電路內(nèi)核是由各個接口電路和DSP Core和內(nèi)置存儲器之間的接口控制電路等構(gòu)成的。芯片內(nèi)置存儲器是體系結(jié)構(gòu)的第2層次，有其固有的存儲器結(jié)構(gòu)。

　　3. 內(nèi)置外圍功能

　?。?） 外圍存儲器傳送PMT

　　PMT（Peripheral Memory Transfer）是不經(jīng)過處理機(jī)便能執(zhí)行內(nèi)置存儲器和外圍設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的直接存取DMA電路。由于PMT的存在，可削減使用處理機(jī)的數(shù)據(jù)輸入/輸出處理的額外開銷。作為傳送對象的接口，包括外部存儲器接口、主機(jī)接口、TSA串行接口和聲音串行接口，共計4種；各個輸入/輸出，支持8通道的排除隊(duì)。關(guān)于在按每一字循環(huán)（Round-robin）方式里用于選擇傳送對象的串行接口等的編碼/解碼處理，可一面平衡輸入/輸出一面進(jìn)行傳送。
作為傳送對象的數(shù)據(jù)RAM，支持14kW×2面（X/Y）的空間；隨著上一次傳送終了的同時，由于具有根據(jù)地址再開始下一次傳送的循環(huán)功能，可實(shí)現(xiàn)存儲器使用效率高的數(shù)據(jù)傳送。

　　（2） 外部數(shù)據(jù)存儲器接口

　　該DSP芯片具有支持16位×1MW存儲空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口，在該接口里各有以下兩種訪問方式：其一是根據(jù)存/取指令，采取直接存取模式；由于DSP內(nèi)核備有64kW地址空間，利用偏移（offset）相加地址值方法擴(kuò)充，映像到1MW空間。其二是通過存儲器映像的特定外圍寄存器，實(shí)現(xiàn)訪問的方法。在這種外圍電路訪問方法里，初始地址無位移地址（offset Address），把字?jǐn)?shù)預(yù)置，具有按每次訪問自動更新的二維尋址功能，取出圖像數(shù)據(jù)也變得更容易。在上述外圍存儲器傳送PMT里，通過外圍存取進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器之間的直接存取DMA傳送。并且，由PMT構(gòu)成的外部數(shù)據(jù)存儲器的訪問中，雖然也有沖突但是由于能夠自動解決沖突，程序員不必過問，執(zhí)行存/取指令，也可以直接進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲器訪問。

　?。?） 串行接口

　　該DSP芯片（μPD77210）內(nèi)置有以下各串行接口：① 擴(kuò)充有和μPD77111系列串行接口兼容的聲音編碼/解碼器功能和時間槽分配TSA（Time Slot Assignment）功能的TSA串行接口；② 增加有可連接一種處理同以往兼容的聲音編碼/解碼器功能和立體聲信號的音頻編碼/解碼器功能的音頻串行接口。

　　所謂時間槽分配TSA功能是指，它能把串行數(shù)據(jù)按時間槽（Time Slot）分時處理，它可和脈沖編碼調(diào)制PCM（Pulse Code Modulation）總線（Highway）之間實(shí)現(xiàn)連接或者是在多個μPD7721x電路之間交換數(shù)據(jù)（進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入/輸出）。最多可使用128個時間槽，可以指定獨(dú)立用于接收/發(fā)送的時間槽。
音頻串行接口能夠處理多達(dá)64位的串行數(shù)據(jù)，通過應(yīng)用MP-3（MPEG-I Audio Layer3）、AAC（MPEG-II Advanced Audio Coding）等的中間軟件庫，可以容易地實(shí)現(xiàn)音頻譯碼。

　?。?） 其他外圍電路

　　μPD77210其他外圍電路包括：16位主機(jī)接口、16位定時器、4位通用端口、中斷擴(kuò)充電路、JTAG接口以及內(nèi)置的可進(jìn)行128倍頻的鎖相環(huán)電路。其中，JTAG接口很重要，它支持作為IP Core連接測試用的邊界掃描，它是控制芯片上凍結(jié)（On chip ice）功能。 
 

　　發(fā)展前景

　　面向移動通信的DSP新產(chǎn)品剛剛問世，今后將有更大的發(fā)展。例如，NEC公司認(rèn)為，為適應(yīng)市場需求，將發(fā)展具備更大存儲容量的DSP新產(chǎn)品，如像具備60KB指令存儲器/120KB數(shù)據(jù)存儲器的DSP和具備音頻解碼和視頻編碼解碼功能（RAM和ROM混合）的新產(chǎn)品。