可扩展的手机设计方案--StarCore DSP架构

藉助现有软体在各种数位信号处理（DSP）的应用，对加速产品上市时间相当重要；这对于新标准下开发出来的产品而言，更是如此。像3G标准（第三代无线通讯协定）主要是为了因应无线手机的所有型式包括声音、资料和以媒体为主的大幅成长需求而开发出来的。

随着可扩展DSP架构的出现，开发、生产数位手机的原始设备制造商现在可以重新利用软体使设计在包括性能、功率消耗与成本上达到最佳化，并且可实际减轻专案风险。

DSP架构可以用两种方式来衡量：（1）采用单核心，为各种产品应用提供性能、耗电和程式码(成本)之间支援的最佳取舍点；（2）采用可针对不同效能需要的可合成单核心，以具有不同效能水准的DSP核心,加以重新锁定目标，代替制造流程。本文讨论StarCore LLC可扩展DSP架构的一些特性，这种架构可以在一个完整的产品空间中得到高效使用，例如有不同性能需求的无线手机系列。
 
　 
可扩展的单核心

在3G标准提供较高的资料速率的同时，通常对这类手机还会有一个以“声音为中心”的需求，这些手机通常会以电池的寿命和成本来差异化。DSP核心需要提供一系列有效控制的功能(使程式码精简)，并减少功率消耗。

在其他的应用方面，3G标准正在驱动手机变成以资料处理为中心，或者以媒体播放功能为中心，这样就会支援下列功能：浏览简短的本文，欣赏静态图片或视讯，并能提供语音通讯。DSP必须能够提供这些对性能渴求的特征，而且还能降低电池耗尽的可能性。
　

为了适应一个产品空间（像采用3G无线标准的手机）中的不同性能、功率消耗和成本的需求，StarCore LLC规定DSP的单核心必须具备四种核心属性：（1）高效的编辑；（2）良好的性能；（3）较低的功率消耗；（4）精简的程式码长度。
因此，StarCore LLC的DSP架构是以16位元的正交指令集基础建立起来的。在DSP核心的五阶段管线连续运行的过程中运行，这种编程模型可以产生高效的编译代码。例如，StarCore LLC在其可扩展DSP的基础上，将适应性多级别（Adaptive Multi-Rate，AMR）的声音合成器以C语言的实现为基准，这样，与使用没有实现可扩展的DSP进行编译的代码相比，其编译代码减少了40%执行周期，并减少了50%的代码空间。

对无线手机而言，较低的功率消耗是一个非常迫切的需求。StarCore的DSP核心架构通过包含一个能有效使用功率的管线和分派单元，可以提供超出传统的信号时钟和低能可靠模型的功能。这个分派单元会尽可能的延迟整条指令的解码时间，这主要是通过在分派阶段仅仅预解码16位元指令中的少量位元以决定打开哪一个解码器时钟的方式进行的。

 
　 
使用合成核心以达到不同的性能目标

目前，合成工具是非常复杂的，会涉及到很多超出任何一名设计人员能力所及的限制条件，因而导致产生了已经最佳化时间（例如，频率）、规模（例如，成本）和功率消耗的逻辑电路。若经由简单的尝试就想超越这些工具，则可能会产生不尽如人意的结果。一种不依赖技术的设计会有以下几点优势：

●能够快速地和简单地将设计目标重新定位，因此能够缩短产品上市时间。
●由于快速的合成分析，能够在较短的时间内获得大量的实现方案，还可以重复这一过程直到达到预期的目标。

这个核心或许会在一个过程中运行，以满足设备底层的性能目标（例如，需要几百MHz的频率）。同一个核心的设计也可以重新合成，主要通过使用一个较低的电压过程，以满足手机较低的性能和成本需求，同时这样还能提供额外较低的功率消耗。这样做的结果是以资源和时间上较少的投资，以技术的再利用获得了高效率的产品，并缩短了收益时间。这样，仅仅需要为产品所需要的性能投资，并且会有在性能需求改变的时候快速反应的灵活性。
 
　 
长度可变的执行代码集

StarCore的DSP家族采用了一种独特的、高性能的、长度可变的执行代码集（VLES），它会把相关的指令分成组，这样可以确定在“核心”中提供的平行执行单元的数量和种类。对于支援MPEG-4视频、MP3音频、网际网路语音协定（Voice over Internet Protocol，VoIP），或者是JPEG 2000静态图片的手机来说，就会需要这种能同时运行多条指令的性能。VLES的使用使得大部分的16位元ISA产生较短的代码长度。这样还会具有减少系统占用的好处（要求较少的系统记忆体）。
 
　 
总结

当为低阶到高阶产品开发DSP应用时，原始设备制造商往往会不由自主的再利用应用代码，以减少上市的时间，成本和风险。藉由充分利用可扩展DSP架构，原始设备制造商现在已经可以达到这些目标。 （作者David Rosado为StarCore LLC公司产品经理）