消費(fèi)類電子設(shè)備音頻應(yīng)用解決方案分析

不論SOC廠商選擇在一個(gè)專用的內(nèi)核上運(yùn)行音頻，還是在主CPU上進(jìn)行音頻處理，由于同樣的工具鏈能用于開發(fā)基于主CPU和音頻的應(yīng)用，所以軟件開發(fā)工具的成本更低。開發(fā)工具成本的一個(gè)主要組成部分是與工具有關(guān)的維護(hù)。在專用DSP的情況下，這可能是整個(gè)成本的很大一部分。

那些使用一個(gè)MIPS內(nèi)核實(shí)現(xiàn)控制功能和使用DSP進(jìn)行音頻處理的開發(fā)商必須熟悉兩種不同的開發(fā)環(huán)境。一種典型的開發(fā)環(huán)境可能包括操作系統(tǒng)、編譯器、模擬器、仿真器、調(diào)試程序、線跡工具、探針和剖面儀。然而，當(dāng)同樣的內(nèi)核再度使用時(shí)，只需熟悉一種開發(fā)環(huán)境，從而減少總體設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)成本。

前優(yōu)化音頻軟件提供上市時(shí)間優(yōu)勢(shì)

MIPS科技和其音頻軟件合作伙伴可為MIPS32內(nèi)核提供各種各樣經(jīng)過優(yōu)化的音頻應(yīng)用軟件。這些應(yīng)用軟件包括多種用于數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、機(jī)頂盒、數(shù)字電視和DVD播放機(jī)等消費(fèi)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)音頻多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器。這些高度優(yōu)化的算法與MIPS科技提供的高性能開發(fā)工具一道，可幫助開發(fā)商把重點(diǎn)放在驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的開發(fā)和集成方面，而無需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)音頻的算法進(jìn)行優(yōu)化。

對(duì)于那些希望調(diào)整其他音頻/DSP算法的用戶，MIPS DSP程序庫(MIPS DSP Library)作為MIPS軟件工具包的一部分可供使用。這個(gè)程序庫具有廣泛的適用于語音壓縮、回聲消除、噪音消除、通道均衡、音頻處理等信號(hào)處理功能，還包括濾波器和FFT等通用功能。這些功能已在MIPS科技的多種處理器系列中實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。MIPS內(nèi)核有許多特性有助于有效地實(shí)現(xiàn)像DSP這樣的應(yīng)用。經(jīng)過優(yōu)化的音頻多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器和DSP程序庫可利用這些特性提供重要的優(yōu)勢(shì)：

⊙為在所有音頻算法中使用32位整數(shù)數(shù)據(jù)的內(nèi)部計(jì)算提供盡可能最優(yōu)異的音頻質(zhì)量。

⊙MIPS32乘法積累(Multiply-Accumulate，MADD)指令在對(duì)DSP MAC運(yùn)行進(jìn)行編碼時(shí)是非常有效的。

⊙在DSP回路中適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，可使用MIPS32架構(gòu)中的數(shù)據(jù)預(yù)取指令。這可使數(shù)據(jù)預(yù)取進(jìn)入高速緩存的下一個(gè)反復(fù)，同時(shí)執(zhí)行當(dāng)前的反復(fù)指令。由于可避免高速緩存的錯(cuò)誤等待時(shí)間，可以顯著地節(jié)省總體運(yùn)行時(shí)間。

⊙存儲(chǔ)器占板面積小對(duì)大多數(shù)最節(jié)省成本的解決方案都是很理想的，MIPS16應(yīng)用特定擴(kuò)展(Application Specific Extension，ASE)可用于減少程序代碼容量。這可以通過簡(jiǎn)便地使用一個(gè)編輯時(shí)間選擇來實(shí)現(xiàn)，以顯著減少程序代碼的容量。

圖2 MIPS音頻解碼的應(yīng)用實(shí)例

除了上述的特性之外，該軟件還利用其他技術(shù)得到盡可能最高的性能：

⊙MIPS32匯編工具具備加強(qiáng)關(guān)鍵運(yùn)算計(jì)算的人工編碼能力;

⊙建立在內(nèi)核到內(nèi)核基礎(chǔ)上的人工時(shí)序可以最大限度地減少加載使用(在指令需要的數(shù)據(jù)開始執(zhí)行之后，來自高速緩存/存儲(chǔ)器系統(tǒng)的加載指令數(shù)據(jù)到達(dá)—直到數(shù)據(jù)可供使用之前，處理器都不會(huì)運(yùn)行)的瓶頸;

⊙循環(huán)展開和軟件流水線操作可用于最佳的代碼時(shí)序。

為了提供最大限度的靈活性，可在軟件中執(zhí)行MIPS消費(fèi)音頻平臺(tái)的所有算法。不過，SOC設(shè)計(jì)者還是可以通過CorExtend的特性使用MIPS內(nèi)核指令集來滿足新出現(xiàn)的音頻標(biāo)準(zhǔn)。用戶定義的指令(UDI)或CorExtend可為應(yīng)用加速增加新的指令和狀態(tài)。這種定制能力為SOC廠商提供了改進(jìn)性能和產(chǎn)品個(gè)性化的功能。

遷徙途徑

MIPS科技不斷開發(fā)越來越先進(jìn)的內(nèi)核設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)架構(gòu)方面的進(jìn)展，在持續(xù)改善性能方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在內(nèi)核領(lǐng)域，MIPS科技已在產(chǎn)品中增加了一個(gè)8段流水線，從而改進(jìn)了時(shí)鐘速度性能。在架構(gòu)方面，MIPS科技已通過增加第二版架構(gòu)(Release 2 Architecture)改善了IPC性能。

MIPS科技繼續(xù)承諾改進(jìn)性能，最近又為多線程(Multi-Threading，MT)發(fā)布了ASE MIPS處理器。這種產(chǎn)品與音頻市場(chǎng)有著特殊的關(guān)系。MIPS MT ASE利用來自另一個(gè)可用線程的有用的工作填充流水線固定位置的方法，改善了整個(gè)系統(tǒng)的性能。但是，MT ASE在音頻方面更為顯著的特性是其提供了服務(wù)質(zhì)量(QoS)時(shí)序機(jī)制。MT ASE采用了一個(gè)可以共享一條單流水線的多重虛擬處理元素(Virtual Processing Elements，VPE)的概念。在一個(gè)音頻環(huán)境中，可以使用兩個(gè)VPE：一個(gè)運(yùn)行OS(操作系統(tǒng))，另一個(gè)運(yùn)行音頻應(yīng)用。MT ASE可以利用時(shí)序政策，保證使特定任務(wù)的處理器帶寬分配最小。此外，它還可提供服務(wù)質(zhì)量特性。這兩個(gè)特性的結(jié)合可以在不跳過任何音頻幀的情況下保證音頻應(yīng)用的實(shí)時(shí)執(zhí)行，同時(shí)也維護(hù)了所有其他的實(shí)時(shí)任務(wù)，以及適時(shí)方式的OS。

QoS特性根本上消除了OS中斷對(duì)音頻功能表現(xiàn)的影響。通常，中斷服務(wù)可在“發(fā)生”異常的線程執(zhí)行時(shí)間方面引起相當(dāng)大的可變性。MT ASE可提供一個(gè)機(jī)制，它可使任何異步異常得到延緩，直到OS線程(非豁免線程)被預(yù)定。這增加了在一種有限的和受控的方式下OS任務(wù)的中斷等