以可编程DSP架构应对TD和TD-LTE带来的设计挑战

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中国作为目前世界上最大的移动市场，对移动标准的发展，希望制定不同于欧美国家的标准。即目前的3G标准TD-SCDMA以及未来的4G标准TD-LTE。
2006年初，中国政府宣布TD-SCDMA正式成为中国的3G移动通讯标准。2009年，世界最大的移动运营商中国移动宣布将提供基于TD-SCDMA 为标准的3G服务，同时，中国联通以及中国电信分别将推出以WCDMA以及CDMA-2000标准的3G服务。这意味着，中国在接下来的时间将会同时存在 3种不同的3G网络。
显而易见的是，中国3G服务的启动要大大晚于欧美国家。中国移动意识到不可能只依靠TD-SCDMA来确保其目前领先的地位，因此，中国移动在启动TD-SCDMA的同时已经把目光投向未来的4G标准LTE。所以，中国移动也有可能尽快跳过3G进而演进到LTE。
基于目前的情况，很难准确预测哪一种标准会在未来的中国移动市场占主导地位。所以，作为终端基带芯片供应商目前面临非常困难的选择。如果只是针对某一种标准进行开发，有可能会赌错标准。而如果去设计支持多标准的基带，传统的以硬件加速器为主的基带设计方式会大大增加开发的难度、成本、风险并且缺乏足够的灵活性。这种情况之下，工程师自然而然会去寻找可编程的解决方案，这样既可以提供足够的灵活性同时还能缩短多个标准开发的时间。
无线基带设计的不同方式
通常无线基带的设计有如下三种方式：
• 传统的硬件方式 – 基带全部由硬件实现。这种方式基本上能让第一款芯片很快的推向市场。同时，这种设计能确保最低的功耗。然而，基于这种方式设计出来的芯片完全没有灵活性并且很难升级以支持后续的产品。
• 软件无线电方式 – 完全软基带方式实现， 同一颗芯片可以以软件方式同时支持多个不同标准。这种方式只需要切换软件就可以支持不同的标准，完全不需要改变芯片的设计。然而，这个方式的主要问题在于可编程引擎设计的复杂性，以及相对硬件方式会有较高的功耗。
• 混合方式 – DSP加上硬件加速器。这样基带需要灵活性的处理部分可以用软件的方式实现在DSP上，其余的计算密集并且相对固定的处理部分，比如FFT可以硬件加速器的方式实现。
考虑到纯硬件方式设计带来的高风险， 本文接下来主要讨论另外两种可编程的基带设计方式。

图1 CEVA-XC框图

图2 CEVA-X1641框图

基于CEVA-XC的软件无线电设计方式
    CEVA-XC是一款针对最先进的无线标准优化设计的高性能通讯处理器(框图见图1)。基于CEVA-X体系构建的CEVA-XC可以完全以软件方式支持 多个先进无线标准，其中包括目前最复杂的4G标准 LTE Cat.5以及WiMAX II (IEEE 802.16m)，以及 3G和3.5G。 这个创新的处理器能够以纯软基带方式同时运行多个不同的无线标准。
    一个CEVA-XC可以软件方式同时支持多个不同的无线标准，这样就完全不需要针对不同标准设计的硬件加速器。因此，可以降低整个系统的功耗以及面积。
    CEVA-XC架构可包含1、2或者4个向量处理器。每个向量处理器是一个3发射，可以处理256位宽数据的单指令多数据 (SIMD) 引擎。 其中包含16个MAC单元、算数、逻辑以及移位单元。CEVA-XC的指令集可以处理应对4G基带的处理要求，比如matrix processing、MIMO detectors、complex filtering、data permutations 以及位处理。
    基于CEVA-X1641的混合式基带设计方式
    CEVA-X 代表一系列通用高性能DSP处理器，被广泛应用于无线基带应用，并且已经量产于多个基带芯片供应商的产品中。
    CEVA-X是基于超长指令字 (VLIW) 以及单指令多数据 (SIMD) 的架构。VLIW可以让多条指令同时执行确保高度的指令级并行同时保证低功耗。CEVA-X架构对C语言有很好的支持，这样可以帮助开发者大大降低开发成本以及缩短上市时间。
    CEVA-X1641是CEVA-X家族里面的一个成员(框图见图2)。它拥有4个16位宽的MAC。CEVA-X1641在65nm工艺的最坏情况下可以达到700MHz的运行频率。
    CEVA-X1641作为高性能且易于编程的DSP，可以让设计人员对他们的终端基带SOC设计灵活的进行软硬件划分。不同的基带客户在他们的设计里面使 用不同的软硬件划分方式以及单个DSP核或者多个DSP核。此外还可以保证客户的软件投资以及在未来演进产品中的软件复用。目前，多个CEVA客户正在使 用CEVA-X1641设计他们的4G无线基带。
    结论
    正是因为未来中国无线市场多标准共存的现实，所以有必要使用同一个平台来支持多个不同的标准。不论是基于软件无线电的纯软基带方式还是混合型的可编程方式都能提供足够的灵活性来满足重复使用以及快速上市的需求。
    长期以来，无线基带市场的领导者已经明确可编程是无线基带发展的方向。文中讨论的2款CEVA DSP核，实现了根据授权客户对芯片架构以及灵活性的不同需求提供合适的解决方案。