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标题: 恰当选择DSP是网络多媒体设计成功关键 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-27 20:10
标题: 恰当选择DSP是网络多媒体设计成功关键

为网络多媒体应用选择一个恰当数字信号处理器（DSP）是一项很复杂的工作。首先，必须在当前和近期业界接口的需求环境下对处理器的内核体系结构和外围设备配置进行透彻的分析。其次，为了防止出现带宽瓶颈问题，了解多媒体数据（例如：视频、图像、音频和分组数据）如何流过一个基于DSP的系统是至关重要的。另外，了解造成最低标准临界实现和鲁棒性解决方案之间的差别的各种系统属性（包括DMA和存储器访问）也是很有帮助的。

　　为网络多媒体应用选择处理器取决于系统设计对性能和连通性要求。许多应用同时采用微控制器（MCU）和数字信号处理器（DSP），MCU为系统提供控制功能，而DSP完成密集的数字计算。如今，这两种不同的作用已经被合并到一个处理器中，正如美国模拟器件公司（ADI）的Blackfin 处理器系列。这类器件在单一体系结构中提供控制代码和大量的信号处理，同时还提供多种适合多媒体连通性的外围设备。

　　系统设计工程师选择DSP时要考察的许多指标有：DSP每秒钟执行的指令数目，每一处理器时钟周期完成的运算次数以及计算单元的效率。对上述每项指标的测试可通过在待测 DSP上运行一组有代表性的基准测试程序（例如，视频和音频压缩算法）来确定。测试结果将表明系统的实时处理要求是否超过DSP的处理能力，而且同样很重要的是，该DSP是否有足够的处理能力余量满足新的或系统升级的要求。许多标准的基准测试程序都假定待处理的数据已经驻存于内部存储器，只要设计工程师分别调整好相应的输入输出（I/O）配置，这种方法允许对不同供应商的DSP产品之间进行比较直接地比较。

　　恰当的外围设备组合可以节省时间和成本，因为它省去了支持所需接口的外围电路。网络多媒体设备（NMD）提供一个统一的标准外围设备。当然，这其中最重要的是与网络接口的连接能力。在有线应用中，以太网（IEEE 802.3）是构建局域网（LAN）最流行的选择，而IEEE 802.11a/b/g正成为无线LAN的首选。现在许多以太网解决方案都直接利用DSP来实现。另外，对于能支持MCU功能的DSP来说，它同样也能很好地管理TCP/IP协议栈。

　　同步和异步串行端口也是将DSP连接到多媒体系统环境所必须的。在NMD系统中，音频编解码器数据通常由8bit～32bit的同步串行端口传送，而音频和视频编解码器控制通道则通过一个较慢的串行接口（例如SPI或者2线接口）来管理。另外，通用异步收发器（UART）可以支持 RS232调制解调器，以及用于近距离红外线传送的IrDA功能。

　　许多DSP都具有通用接口，例如外设控制器接口（PCI）或者通用串行总线（USB）接口，因为这些接口通过外部芯片就可以连接到多种不同类型的设备（例如，从PCI到IDE，从USB到802.11b，等等）。PCI 具有特别的优势，就是能提供独立的内部总线，允许PCI总线主控器从DSP的内存中发送或者接收数据，不会加重DSP内核或者其它外围设备的负担。另外，适合NMD市场的DSP应包括一个外部存储器接口，它能提供异步和SDRAM存储器控制器。异步存储器接口便于连接到闪存、电可擦除只读存储器（EEPROM）和外设桥接芯片，而SDRAM为需大量计算的操作提供了必要的存储能力，例如对大容量数据帧的运算。

　　出现在 Blackfin DSP上的一种新的端口是并行外设接口（PPI）。该端口可自如地解码ITU-R-656视频数据，还可以作为一个通用的8bit～16bit的I/O端口，用于高速模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）或ITU-R-601视频流。它还能与液晶平板显示器直接相连。DSP还有其它功能，同样可以降低系统成本并提高系统内的数据流量。例如，PPI可以连接到视频解码器而且自动忽略除有效视频以外的所有数据，从而有效地将NTSC制式的输入视频流速率从27 Mb/s降低到20 Mb/s，而且明显减少了处理视频信息所需要的片外存储器容量。

　　系统数据流

　　在为NMD设计选择DSP最终确定之前，必须了解系统级的数据流以及这些数据流在DSP上是如何实现的。具体地说，数据进出该处理器的操作能否跟得上数据和信号的处理速度？是否一直有数据供处理器处理？在任意给定的处理时段上，是否在需要时就能访问数据？这些问题对多媒体和以网络为中心的系统来说至关重要，在这种系统中仅能有效运行算法是不够的，DSP还必须处理完全双向的系统数据流。

　　请考虑一个安全系统的情况：一台NTSC制式的照相机以大约20 Mbps的速率将音频、视频信号传送给DSP进行压缩，然后，DSP通过100 Mbps的以太网将压缩信息送至远程硬盘进行存储和归档。除此之外，还要将未压缩的源视频信息从DSP送至本地液晶屏或显示器上显示。因为对视频存储器的需求远大于DSP片内存储器的容量，所以视频数据一定要经过大容量片外存储器进行暂存和处理，例如SDRAM。

　　由于许多视频压缩算法一次只处理一个数据块，例如16×16像素“宏块”，每个数据块可以根据需要从外部存储器调入。某些算法需要多个图象或视频帧来完成要求的处理，从而导致 DSP片内存储器和片外存储器之间需要多次的双向数据传递。通常，在一个输入缓冲器将数据流送入SDRAM的同时，DSP内核正在压缩来自前一个缓冲器送来的数据。这些缓冲器很可能处在SDRAM中的不同页。这会导致浪费等待时间，除非DSP能够在同一时间打开不止一个SDRAM页。

　　安全系统可能出现的情况是高数据传送速率的一个实例，其中的数据传送一定发生在多个子系统之间以便支持网络多媒体应用；在上述实例当中至少存在5组数据同时传送。在考虑总的数据流时，单单确认通过系统的总字节流量没超过DSP的理论片内带宽(总线速度乘以总线宽度)是不够的。例如，对于以高速内核时钟速率运行的部分来说，内核处理器和外设之间总线通常以133 MHz速率运行。对32位总线来说，数据吞吐量在理想情况下应该接近532 Mbps。而实际上，该理想峰值仅当只有一个传送有效而且没有其它传送请求时才能达到。由于应用中会连接具体的外设，而它们中的每一个都必然争夺DSP的内部带宽资源。
系统设计师通常允许仲裁延时，所以通常假定只有50%的内带宽可利用。
　显而易见，适合NMD应用的DSP必须要有一个独立于内核处理器的直接存储器存取(DMA)引擎。也就是说，可用的DMA通道总数必须能支持各式各样的外设。另外，在像MPEG或JPEG处理这样的计算密集型算法中，一个灵活的DMA控制器能省去额外的数据

通路。例如，可以用各种不同的方式在存储器系统和外围设备之间传送数据。另外，带二维DMA功能的DSP能简化宏块进出外部接存储器的传送，从而允许数据控制成为数据实际传送的一部分。这对色彩空间元素的交叉和解交叉来说是一种很方便的功能。为最大限度地发挥DMA的优势，需要一个带优先级的中断控制器，以保证当待处理的数据准备好或处理过的数据已成功传送出去时，才中断DSP内核。

　　到现在应该清楚的是，为网络多媒体应用选择处理器是一项重要而且复杂的任务。但是，只要在最初的 DSP选择阶段考虑系统级的各种问题，设计工程师不仅能保证成功地处理现有的应用数据流，而且还能保证现有的处理器余量和外围设备连接，随着网络和多媒体标准的发展能够直接升级。

　　一个嵌入式网络安全系统应用示出了处理器必须管理的数据流的复杂性。为了支持所有的子系统高效地运行，不仅高速DSP内核时钟速率很关键，还必须有灵活的外围设备并要执行专用MCU才能完成的控制代码。

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