消費類電子設(shè)備音頻應(yīng)用解決方案分析

，通常都是采用多功能系統(tǒng)芯片(SOC)來實現(xiàn)的。這樣的SOC主要執(zhí)行兩種功能：應(yīng)用處理和視頻/音頻信號處理。應(yīng)用處理(或主處理)通常是通過像MIPS處理器這樣的一個可編程內(nèi)核實現(xiàn)的。由于其計算復(fù)雜性的程度，視頻信號處理是使用專用的硬件完成的。在某種程度上，與視頻信號的處理相比，音頻信號處理的計算需求并沒有那么大，在過去，都是采用固定線路邏輯或一個數(shù)字信號處理器(DSP)進(jìn)行處理。

然而，由于用戶的產(chǎn)品需要支持更多復(fù)雜的算法，音頻子系統(tǒng)的需求也在增加，先進(jìn)的前/后處理和全雙工需要進(jìn)行同時編解碼。當(dāng)音頻需求增加時，因架構(gòu)上的創(chuàng)新，處理器的頻率也在提高，使像MIPS科技這樣的可編程處理器能夠與主功能一起實現(xiàn)要求苛刻的音頻應(yīng)用。

在一個MIPS內(nèi)核上構(gòu)建兩種類型的執(zhí)行音頻應(yīng)用的SOC結(jié)構(gòu)是可能的：(1)一個是作為主處理CPU，另一個是進(jìn)行音頻處理的專用CPU(參見圖1)，或者(2)采用一個單CPU作為主處理和音頻處理。使用MIPS處理器可以為音頻處理帶來顯著的好處。最重要的是優(yōu)點，這類解決方案可以提供以下的功能：

⊙單處理器架構(gòu)的高度集成的SOC解決方案

⊙減少整個SOC設(shè)計和制造過程的成本

⊙可編程音頻處理器可以延長SOC設(shè)計的生命周期

⊙快速投放市場的優(yōu)勢

⊙MIPS的軟音頻接口有利于應(yīng)用軟件的開發(fā)和集成多內(nèi)核SOC音頻架構(gòu)

在多內(nèi)核的情況下，主CPU運行操作系統(tǒng)、最終用戶應(yīng)用和服務(wù)，而用一個專用音頻處理器運行音頻處理功能。獲得MIPS科技的若干授權(quán)就可以得到專門用于MIPS音頻處理內(nèi)核的消費電子設(shè)備的SOC工具。簡而言之，使用MIPS用于音頻設(shè)計的處理器就可獲得一種可編程解決方案?？删幊绦砸馕吨粋€現(xiàn)有的設(shè)計可以簡便地適用于各種各樣的音頻算法。這可以提供兩個重要的優(yōu)勢：單SOC的能力可用于多最終用戶的應(yīng)用;同時延長SOC設(shè)計的生命周期，以跟上音頻標(biāo)準(zhǔn)迅速不斷進(jìn)化和變化的腳步。

專用音頻處理器的優(yōu)點在于它不會與其他應(yīng)用爭奪CPU的周期，因此有許多余?？臻g。這種音頻協(xié)處理器的余裕空間能用于多種方式：(1)備用的CPU周期可以同時用于對多數(shù)據(jù)流的編碼和解碼;(2)它可保證高檔設(shè)計中的最高音頻質(zhì)量;或者(3)余?？臻g可以通過降低電壓減低處理器的頻率，因此而降低音頻子系統(tǒng)和整個SOC的功耗。

使用可編程處理器實現(xiàn)音頻算法的優(yōu)點在其配置方面的表現(xiàn)尤為明顯，因為它具有符合不斷進(jìn)化形成的全球音頻標(biāo)準(zhǔn)的靈活性。利用專用的DSP，電流性能和功率需求可能得到滿足，但是它們可能無法根據(jù)變化滿足未來的需要。MIPS的音頻處理器可為通往高性能處理器提供一條清晰而簡便的遷徙途徑，而且與其上一代產(chǎn)品是二進(jìn)制兼容的。

圖1 音頻處理架構(gòu)當(dāng)一個內(nèi)核的音頻處理功能與主CPU單獨完成時，在主CPU和音頻處理器之間需要一種通信機制。在兩個MIPS內(nèi)核之間建立一個通信接口要比在一個MIPS CPU和一個DSP之間簡單得多。例如，MIPS CPU上可使用的LL和SC(加載-連接/存儲-條件)指令能被用來十分簡便地建立起通信和同步化機制。

單內(nèi)核SOC音頻架構(gòu)

在一個單內(nèi)核環(huán)境中，最大的好處是通過完全省掉DSP或固定線路音頻模塊，而在MIPS主處理器上執(zhí)行音頻。這既減少了裸片尺寸，又節(jié)省了總的系統(tǒng)調(diào)試時間。反過來，這也保證了減少成本和更為迅速地投放市場。

利用一個運行在主CPU上的實時操作系統(tǒng)(RTOS)，音頻處理可以完成系統(tǒng)的線程(任務(wù))之一。RTOS必須保證這個音頻線程得到足夠的時序時隙，以一種適時的方式完成其任務(wù)。通常，音頻處理將僅僅需要一小部分CPU周期;因此，這個要求可以容易地得到滿足。除了RTOS之外，這個單處理器也能執(zhí)行其他諸如視頻控制等應(yīng)用。適當(dāng)?shù)臅r序機制是保證準(zhǔn)時地完成所有任務(wù)所必需的。

在一個單內(nèi)核解決方案中，由于指令和/或數(shù)據(jù)高速緩存的干擾會使音頻應(yīng)用的性能下降。這種降級是操作系統(tǒng)與處理器上執(zhí)行的其他控制功能的特定組合功能。如果性能的下降不可接受，那么就可能需要使用兩種方法中的一種。一旦引起降級的原因與指令或數(shù)據(jù)高速緩存隔離開來，第一種需要的方法是鎖定控制關(guān)鍵功能或數(shù)據(jù)數(shù)組占用的高速緩存線路。

如果高速緩存線鎖方法不理想的話，那么可以使用一個專用的高速暫存存儲器RAM(Scratchpad RAM，SPRAM)。SPRAM是為MIPS處理器執(zhí)行選擇提供可預(yù)測的低等待時間的片上存儲器。如果必要的話，SPRAM的容量可能比高速緩存的容量大得多，不過，通常小容量的SPRAM可能有助于為應(yīng)用帶來顯著的性能。通過在SPRAM中加載軟件音頻解碼器的關(guān)鍵功能的“文本”(代碼)段，能夠減少音頻解碼器中的指令高速緩存的錯誤。交替地使用SPRAM可保持常用的數(shù)據(jù)數(shù)組，以減少數(shù)據(jù)高速緩存的錯誤。最低成本的整體解決方案：將MIPS處理器用于音頻

當(dāng)做出系統(tǒng)架構(gòu)決定的時候，需要考慮若干主要的成本因素，例如：授權(quán)、版稅、裸片尺寸、開發(fā)工具和設(shè)計時