數(shù)字信號處理器重新采納多核架構(gòu)
DSP應用通常只包含少量高度復雜的任務,系統(tǒng)性能的提升依賴于加快任務執(zhí)行速度,而不是簡單地運行更多的任務。與任務級劃分不同,DSP系統(tǒng)通常要求在算法級劃分任務。整個任務,比如壓縮一個視頻流,必須被分解成可以在單獨內(nèi)核上并行運行的多個步驟。任務調(diào)度器或操作系統(tǒng)無法完成這種劃分,這種劃分必須在軟件設計過程完成。許多DSP應用開發(fā)人員正因為算法劃分困難而回避多內(nèi)核方法。也有一些任務(如加密)不支持并行運算。
這并不是說多核方法未嘗試與DSP親近過。PicoChip公司很早前推出的picoArray架構(gòu)就整合了多個相同的內(nèi)核來支持高性能DSP。然而在大多數(shù)情況下,采用DSP的多核設計中的內(nèi)核不是同一類的。相反,它們采用一個DSP內(nèi)核和一個RISC CPU內(nèi)核。多年來這種異質(zhì)DSP一直被用于蜂窩電話和通信行業(yè)中的多核處理器設計。這些處理器的目標應用可以被很好地劃分為適合DSP的信號處理任務和適合RISC CPU的控制任務,從而使得劃分相當簡單。
一個例外是ADI的Blackfin BF561雙核DSP。該器件使用的內(nèi)核可以很好地執(zhí)行兩種任務,因此無需對任務組進行劃分。相反,開發(fā)人員可能隨意分配任務來平衡內(nèi)核之間的負載。不過,大多數(shù)開發(fā)人員缺少劃分軟件的經(jīng)驗,而自動化工具支持也非常缺乏,因此同類多核DSP無法得到迅速普及。
“BF561是較早進入這一領域的產(chǎn)品?!盇DI公司Blackfin應用經(jīng)理David Katz表示,“它是領先于時代的產(chǎn)品。我們需要給開發(fā)員一定的時間來學習劃分技術?!?/FONT>
Katz指出,ADI公司在BF561后就沒有推出過同類多核DSP設計,雖然“多內(nèi)核是我們發(fā)展策略中的重要組成部分”。
其它DSP供應商也將多核看作是DSP不可避免的發(fā)展趨勢,這與它被計算應用廣泛采納的理由是相同的:以更低的功率提供更高的性能。再次出現(xiàn)同類多核DSP芯片設計的驅(qū)動因素,是一些系統(tǒng)要求的性能越來越高。在一些關鍵應用中,對性能的要求正在從更快地執(zhí)行單一任務轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行更多的任務。這種變化將簡化DSP的任務劃分,使得它更像是其它嵌入式應用的任務劃分,而DSP供應商也在抓住這個難得的機會積極開發(fā)產(chǎn)品。
隨著對語音和VoIP需求的增長,媒體處理已經(jīng)成為一種符合上述變化趨勢的應用。例如,媒體網(wǎng)關設計必須提供各種語音、音頻和視頻編解碼功能,并處理多個獨立的通道。這種應用結(jié)構(gòu)很容易被劃分成獨立的任務,因而非常適合多核DSP設計。
Octasic公司的Vocallo就是滿足這一應用領域要求的最新產(chǎn)品。
Vocallo有15個相同的DSP內(nèi)核,因此設計師具有相當大的靈活性來創(chuàng)建并行和管線架構(gòu),從而在不同工程的通道容量和性能間取得最佳平衡。
另外一個最近推出的用于通信的多核DSP來自TI公司,型號是TNETV3020,主要用于高密度核心網(wǎng)絡?!拔覀兡壳罢谧龅墓ぷ魇翘厥鈶枚嗵幚怼!盩I公司多核解決方案部經(jīng)理Ray Simar表示,“在基礎架構(gòu)應用中,我們正在執(zhí)行大量相同的任務,因此設計可以轉(zhuǎn)向多個相同的處理器。”
TNETV3020采用了6個DSP內(nèi)核、1個開關矩陣和多種串行I/O通道,允許設計師針對通道格式轉(zhuǎn)換等任務對設計進行配置。
同樣,音頻處理也需要對多任務實現(xiàn)高性能處理,這些任務適合在多個內(nèi)核間作簡單的劃分。飛思卡爾半導體公司音頻DSP產(chǎn)品經(jīng)理Sujata Neidig指出,高清、杜比和藍光音頻算法的發(fā)明對音頻DSP的性能要求提高了5倍,而且復雜性、數(shù)據(jù)速率和通道數(shù)量也在不斷增加。另外,Neidig表示,像自動音量控制等更多功能也在向音頻處理集中。
代碼復用
飛思卡爾公司新款Symphony DSP56724和DSP56725 DSP采用了一種雙核架構(gòu),允許開發(fā)人員分割處理任務,同時復用現(xiàn)有的代碼。用于視頻或混合音頻與視頻處理的多核DSP也已出現(xiàn),例如Cradle Technologies公司的CT3616,Gennum公司的Voyageur以及Cirrus Logic公司的音頻用多核DSP。
向多核DSP芯片設計發(fā)展的趨勢,最終會將劃分任務的工作從開發(fā)人員手中轉(zhuǎn)移到芯片廠商。PicoChip公司最近推出的PC302就是一個很好的例證。該公司使用其通用的picoArray架構(gòu)成功的在單個芯片上實現(xiàn)了完整的毫微微蜂窩接入點。PicoChip公司完成了所有的劃分工作,并將內(nèi)核系統(tǒng)軟件下載進了片上存儲器[!--empirenews.page--],因此開發(fā)人員只需增加自定義的功能。
這種特殊器件可能是多核DSP設計的近期目標,但長期來看多核方法還將包含通用的DSP設計?!罢雇磥?,我們可以發(fā)現(xiàn),針對DSP的多核技術不會只是小把戲,”TI公司的Simar表示,“它將變得越來越普及?!?/FONT>
隨之而來的是,開發(fā)人員需要學會如何劃分設計以便高效地使用同類多核DSP?!霸S多人希望編譯器能完成分割任務。”Simar表示,“但這不是一蹴而就的事。為了用好這些器件,我們需要學會多角度的思考。”
圖1:許多DSP應用開發(fā)人員由于算法劃分困難而回避多核方法。