多核DSP結(jié)構(gòu)與超核DSP結(jié)構(gòu)

Internet爆炸性的增長(zhǎng)，線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò)與分組網(wǎng)絡(luò)的加速融合，對(duì)通信設(shè)備和應(yīng)用提出了一系列新的要求。目前的線(xiàn)路交換技術(shù)是在Internet時(shí)代之前很久設(shè)計(jì)的，由于它們只對(duì)通話(huà)業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，已不能支持當(dāng)今成指數(shù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為此，服務(wù)提供商正在部署分組網(wǎng)絡(luò)（Internet協(xié)議）和信元網(wǎng)絡(luò)（ATM），并從老式設(shè)備轉(zhuǎn)向以分組交換為中心的軟交換技術(shù)和媒介網(wǎng)關(guān)。 

  本文旨在幫助那些正在構(gòu)建分組交換技術(shù)的公司解決在設(shè)計(jì)新型網(wǎng)絡(luò)時(shí)遇到的眾多難題中的一個(gè)問(wèn)題：如何管理好有關(guān)語(yǔ)音、傳真以及數(shù)據(jù)的眾多協(xié)議。這些產(chǎn)品需進(jìn)一步擴(kuò)容來(lái)滿(mǎn)足中心局的要求，而且必要有足夠的靈活性來(lái)適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用，動(dòng)態(tài)地支持語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)協(xié)議?？焖偕鲜械慕輳桨ㄊ褂门c第三方應(yīng)用軟件緊密結(jié)合的最新的DSP技術(shù)。這里又引出了新的難題：如何選擇合適的DSP結(jié)構(gòu)。 

  制造商在設(shè)計(jì)多信道、多協(xié)議共用資源時(shí)，有多種DSP可供選擇。這些DSP不僅在結(jié)構(gòu)上存在差別，而且制作用的固體工藝也不盡相同。本文并不想對(duì)市場(chǎng)上可利用的全部DSP作詳盡比較，而更多集中在基本結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要區(qū)別及其對(duì)通信設(shè)計(jì)的影響。下面準(zhǔn)備討論的基本結(jié)構(gòu)是多核DSP與超核DSP。  

   DSP技術(shù) 

  DSP供應(yīng)商通常按產(chǎn)品系列對(duì)DSP分組。每個(gè)系列以特定DSP芯核為基礎(chǔ)，根據(jù)內(nèi)存和外圍電路的變化組成衍生品種。固體技術(shù)的發(fā)展讓DSP 制造商有可能在單個(gè)硅片上安置多個(gè)芯核，創(chuàng)建了多核DSP。這些器件含有多個(gè)獨(dú)立芯核，每個(gè)芯核有自己的存儲(chǔ)器，僅在某些情況下訪(fǎng)問(wèn)共享存儲(chǔ)器。 

  在推出多核DSP的同時(shí)，某些新設(shè)計(jì)采用不同的方案來(lái)分配可利用的硅片空間，這就是超核DSP。目前的超核DSP內(nèi)置單個(gè)、強(qiáng)功能、長(zhǎng)指令字的32位處理單元，且備有大容量?jī)?nèi)存以及與外部RAM無(wú)縫粘接邏輯。這些器件是可進(jìn)行并行處理的單核單元。隨著時(shí)間的推移，目前的這種超核DSP會(huì)出現(xiàn)在多芯核封裝中，這與過(guò)去頂級(jí)芯核被制作在目前的多芯核封裝中極為相似。 

  由于目前多核DSP采用了老式、低性能芯核，其售價(jià)比超芯核DSP低。初看起來(lái)，使用廉價(jià)的器件更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，然而與超核帶來(lái)的靈活性、功能性與高密度相比，這是一種短期的優(yōu)勢(shì)。 

   DSP選擇方案的比較 

在通信設(shè)備的眾多要求中，首先要考慮擴(kuò)容性，以符合中心局的要求；足夠的靈活性，適應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用；以及對(duì)語(yǔ)音、傳真以及數(shù)據(jù)多種協(xié)議的支持。設(shè)備設(shè)計(jì)人員在組建基于DSP的多信道、融合接入解決方案時(shí)有兩種選擇：多核結(jié)構(gòu)或超核結(jié)構(gòu)。 

為了比較起見(jiàn)，考慮設(shè)計(jì)一個(gè)能支持E1范圍（30通道）語(yǔ)音，傳真、數(shù)據(jù)同時(shí)呼叫的設(shè)備，其呼叫的組合不存在任何統(tǒng)計(jì)上的多路復(fù)用假設(shè)。這就是說(shuō)，能支持30路語(yǔ)音呼叫、或30路傳真呼叫，或30路數(shù)據(jù)呼叫的最極端條件以及任何混合呼叫（如10路語(yǔ)音、10路傳真、10路數(shù)據(jù)）。 Texas Instruments 出品的兩種DSP：C54X多核結(jié)構(gòu)與C62X超核結(jié)構(gòu)，都能滿(mǎn)足上述要求，下面就以此兩種產(chǎn)品為基礎(chǔ)進(jìn)行比較。 

  C5420與C5421是以雙100MIPS處理器芯核為基礎(chǔ)制作的，其差別主要是內(nèi)存容量不同。C5421具有兩芯核共享的128KW代碼存儲(chǔ)器，此外，每個(gè)芯核還備有64KW數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于內(nèi)存空間有限，128KW程序存儲(chǔ)器容納不了產(chǎn)品所需的全部協(xié)議。器件也未提供外存連接措施，如果真的需要外存，可采用昂貴的零等待態(tài)SRAM的變通解決方案。如果系統(tǒng)想要處理融合事務(wù)，C54X有限的資源需要增添額外的芯片。 

 C54X的資源要求本例討論支持V.90調(diào)制解調(diào)器E1范圍解決方案的資源因素，選擇V.90是因?yàn)樗璧膮f(xié)議資源最廣。每個(gè) C5420／21芯核最多能支持3個(gè)V.90數(shù)據(jù)泵。V.42與V4.2－bis ECDC（誤碼校正與數(shù)據(jù)壓縮）協(xié)議另需額外的資源，這已超過(guò) C5420／21所能提供的功能。簡(jiǎn)單的計(jì)算表明，至少需要5個(gè)C5421芯片（3通道／芯核╳2芯核／每片╳5片＝30通道）。然而，由于C5421的內(nèi)存有限，需要額外的芯片來(lái)解決融合事務(wù)。例如，在某一給定時(shí)間，假定E1范圍全部信道都是調(diào)制解調(diào)器呼叫，這表明5個(gè)C5421芯片的全部10個(gè)芯核都在執(zhí)行相同的調(diào)制解調(diào)器軟件。如果此時(shí)有2個(gè)調(diào)制解調(diào)器呼叫停止，代之以1個(gè)語(yǔ)音呼叫和1上傳真呼叫，那么芯片就沒(méi)有足夠的內(nèi)存來(lái)同時(shí)支持調(diào)制解調(diào)器、語(yǔ)音與傳真機(jī)三種軟件的執(zhí)行。其結(jié)果是需要第6個(gè)DSP來(lái)彌補(bǔ)C5421程序存儲(chǔ)器的不足。 

再舉一個(gè)例子，如果開(kāi)始是30個(gè)調(diào)制解調(diào)器呼叫，切斷其中20個(gè)代之以10個(gè)傳真機(jī)與10個(gè)不同聲碼器的呼叫，系統(tǒng)將要進(jìn)行大量的信道交換和程序下載。為了避免更多的備用芯片（超過(guò)已增加的第6個(gè)DSP），上一級(jí)主控軟件（在控制器上執(zhí)行）將重新安排每個(gè)C54X芯片上的軟件，將信道重新路由給更緊急的服務(wù)。例如，管理軟件將試圖建立1個(gè)“V.90”C5421 DSP、1個(gè)“傳真” C5421 DSP、以及1個(gè)語(yǔ)音 C5421 DSP。這種廣泛的交換與路由管理將芯片數(shù)保持6片以下，但必然使系統(tǒng)管理復(fù)雜化，也降低了系統(tǒng)的性能。傳真信道與調(diào)制解調(diào)器信道在重新路由時(shí)可能被切斷或重新連接，而語(yǔ)音呼叫易受噪聲與抖動(dòng)的干擾，調(diào)制解調(diào)器的吞吐率也要打折扣。 

  考慮到支持調(diào)制解調(diào)器呼叫終端需6個(gè)DSP芯片和另加的ECDC處理器，這里推薦一種設(shè)計(jì)方案，它由兩個(gè)并行的、包含3片C5421模塊組成，每個(gè)模塊擁有自己的一個(gè)控制處理器，這兩個(gè)模塊合在一起由一個(gè)上級(jí)控制器管理。 

C62X資源要求 

C62X系列基于單個(gè)高性能芯核，備有大容量?jī)?nèi)存與幾乎無(wú)限制地訪(fǎng)問(wèn)外存的能力。訪(fǎng)問(wèn)廉價(jià)的SDRAM簡(jiǎn)單可行。因此在并運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，語(yǔ)音、傳真與數(shù)據(jù)所需的全部協(xié)議可駐留在C62X的存儲(chǔ)器空間，可省去C54系列所要求的額外DSP。當(dāng)然，C62X也不是十全十美的。至少按“每個(gè)DSP"論, C62X系列的功耗比C54X系列略大。然而按“每個(gè)信道”進(jìn)行比較，由于C62X的芯片密度高、功率被分配到較多的信道上，因此兩者的功相差不大。TI 公司計(jì)劃在2001年初，將降低這兩種新產(chǎn)品的功耗。 

  由于C62X超核具有并行處理能力和幾乎無(wú)限的可利用存儲(chǔ)器，它的設(shè)計(jì)比C54X要簡(jiǎn)單得多。全部需要的協(xié)議可駐留在芯片的存儲(chǔ)器空間，無(wú)需動(dòng)態(tài)代碼下載或信道重新路由。如同C54X解決方案，其驅(qū)動(dòng)因素是滿(mǎn)足管理E1范圍的V.90調(diào)制解調(diào)器。TI的C6202可管理15個(gè)完整的V.90調(diào)制解調(diào)器（包括ECDC 層），因此E1由2片C6202支持。雙C6202設(shè)計(jì)有效地減少了50％的元件數(shù)，免除了控制器的分層結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)管理軟件。  

產(chǎn)品的升級(jí) 

產(chǎn)品的升級(jí)受下面兩個(gè)因素的制約：DSP產(chǎn)品的發(fā)展安排和標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的可能變更。 

  C5420可自然升級(jí)至C5421，C5421不僅提供更多的存儲(chǔ)器，而且改善了操作粒度，每個(gè)芯核使用同一個(gè)程序存儲(chǔ)器。然而升級(jí)很可能需要改寫(xiě)控制器上交換與信道路由軟件的部分代碼；C6202有更自然的向C6203升級(jí)的途徑，C6203在代碼與引腳上與前者兼容，支持更高密度的融合內(nèi)存池。無(wú)需更改DSP或控制器中的軟件。V.92調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)已在6月份公布。新的對(duì)稱(chēng)調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)將需要更多的存儲(chǔ)器資源。不僅新的V.92標(biāo)準(zhǔn)需要支持，而且原先的V.90標(biāo)準(zhǔn)也是需要的，以對(duì)已安裝的老式Modem提供支持。增加存儲(chǔ)器不會(huì)影響C6203的設(shè)計(jì)，而添加新的或升級(jí)后的協(xié)議使 C54X設(shè)計(jì)復(fù)雜化。不僅如此，還要根據(jù)芯核間的路由方式和每個(gè)芯核應(yīng)執(zhí)行那些軟件來(lái)改寫(xiě)管理軟件。就語(yǔ)音／傳真／調(diào)制解調(diào)器協(xié)議的更改需要更多的處理資源而言，超級(jí)芯核6203無(wú)疑更能滿(mǎn)足處理能力的要求并在操作粒度方面不必用任何處理器資源。反之，由于C54X每個(gè)芯核可利用的資源有限，在提供不同的路由與交換 

算法時(shí)需改寫(xiě)管理軟件。多信道、多協(xié)議融合接入設(shè)備的設(shè)計(jì)人員可選用多芯核ＤＳＰ，抑或較高性能的超級(jí)芯核ＤＳＰ。在多芯核結(jié)構(gòu)的功率優(yōu)勢(shì)與超級(jí)芯核結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性、多功能性以及升級(jí)能力的優(yōu)勢(shì)之間權(quán)衡利弊關(guān)系。綜合上述分析得出這樣的結(jié)論，根據(jù)支持真正融合（語(yǔ)音、傳真、調(diào)制解調(diào)器）的能力、擴(kuò)展至載體級(jí)密度、簡(jiǎn)化主處理器要求以及更能適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用的變更等諸方面因素，超級(jí)核DSP無(wú)疑是較佳的選擇。