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标题: 移动DSP的性能很大程度上取决于其硬件架构 [打印本页]

作者: hstaii@163.net 时间: 2003-9-14 18:37 标题: 移动DSP的性能很大程度上取决于其硬件架构

无线领域面临的挑战是要想方设法使器件不但能提供所需的功能和信道带宽，而且要消
耗最少的功率。移动DSP架构必须具备一系列与从采样信号中提取信息相关的功能，以便
很好地实现所需的应用。
移动数字信号处理要求快速、准确地进行。这通常意味着用户必须了解并自动管理处理
过程中的增益。输入端的每个采样字数据代表了A/D转换器的精度，如14位的A/D就代表
高达84dB的信噪比。在A/D转换之后，随后的数字信号处理必须维持这一重要的信噪比，
这就要求在数字处理过程中具有足够的二进制精度。
此外，更复杂的运算，如蝶形运算，通常会多次处理同一数据。由于蝶形运算每用一次
就会有多达1位的数字增益(更高基数的蝶形运算会有更多)，因此必须将数据换算回运算
的精度范围内。由于换算会使采样信号损失多达6dB，因此数字信号处理器需要具有足够
的位精度。
与微处理器在上个世纪80年代初期的情形一样，DSP也面临着相同的十字路口，许多架构
都在争夺未来的标准架构地位，而胜者将属于能在芯片级、板级、单元级和系统级上灵
活适合各种新兴应用的架构。考察自系统级以下的各种应用就会发现，要实现所有层次
上的无缝接口，就需要在数据处理时消除任何妨碍数据自由流动的瓶颈。为了在DSP应用
中实现平滑的处理流程，系统设计师明智的作法是，围绕主导功能结构和这些结构的充
足输入进行构建。
传统上，信号处理一直是围绕用于滤波和其它应用的卷积概念展开的。数字信号处理不
仅使用卷积，而且还将它发展了，这要归功于傅里叶变换及其现代的实现方式——快速
傅里叶变换(FFT)。使用FFT的应用需要的运算次数呈对数级减少。
恰当地使用FFT作为其主导数据结构的任何DSP架构不仅可得益于FTT的效率，而且还可进
入频域应用。频域带来了在时域中几乎不可能的新设想和新概念。
一部分此类新功能包括：
1）同时跟踪多个信号，甚至可能是上千个信号的相位、振幅和频率；
2）在避开频谱损坏区域的同时，动态地对通信信道进行均衡，信道数量可能达到成千上
万个；
3）对两维与三维的图像进行相关运算，为互联网上新兴的实时图像世界及其所承诺的虚
拟现实提供“眼睛”。
由于带有1亿个甚至10亿个晶体管的芯片即将面世，因而在硅片级实现基数极高的蝶形结
构及其支持功能成为可能。为满足在芯片、电路板、单元和系统级的可扩展性要求，这
些结构必须是模块化的，并可方便地以“步进-重复”(step-and-repeat)的方式进行级
联。对任何架构的最低要求是，高效地完成所要求的应用，同时保留所需要的信息。
在移动DSP应用中使功耗最低是极其重要的，而这一向都是从芯片级开始。每个芯片消耗
功率的公式均为P=CV2F，其中P是功率，C是电容，V是电压，F是工作频率。这个公式表
明，起主导作用的变量是电压，功耗按它的平方增长。这解释了为什么芯片行业一直在
向越来越低的电压进步以获得可接受的芯片封装尺寸。更低的电压通常来源于芯片工艺
尺寸的不断缩小。
如果所选择的架构可以快速应用到这些越来越小的芯片尺寸上，那么，通过“步进-重复
”过程，总的系统功耗也将减少。
无线软件工程的巨大成本仍然是首要问题。军用领域有一句名言，即“如果你想让它工
作，那么就用硬件来实现它”。在实时DSP系统中，对软件的要求确实很苛刻。采样信号
不会等待缓慢的中断响应和庞大的操作系统。任何架构，如果能通过高价值的硬件结构
来满足并尽量减少对软件的需求，那么它将在建立标准化平台的竞争方面遥遥领先。
步进模块
在微处理器最快的上升时期，在线仿真的概念对嵌入式行业发挥了巨大的帮助作用。通
过将微处理器置于实际的目标环境中，人们可以使用一些实际的信号对它进行仿真。凭
借“步进-重复”的模块化架构以及目前硬件描述语言(如VHDL)性能的突飞猛进，通过添
加应用所需的适当数量的“步进-重复”模块，现代实时DSP系统在大部分情况下都可以
进行端到端的仿真。
应用软件开发十分重要。随着一个个应用问题的解决，一个相应的技巧和子程序库也就
被建立起来，它反过来将使得业界可以开发许多更深入的应用。如果DSP架构是真正可扩
展的，那么这些技巧和子程序将作为构造块融合进这一越来越有价值的结构，以适合下
一代新兴应用的需要。胜出的DSP架构在其发展道路上将推动一代又一代“杀手级”应用
的诞生。

作者：Mike Fleming
总裁
DSP Architectures公司

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