3G與超3G：利用多核處理器優(yōu)勢實現(xiàn)卓越3G、WiMAX 及LTE性能

　　優(yōu)先化與平衡

　　當今的 SoC 一般是多內(nèi)核 DSP，采用必須進行互操作和同步化的獨立 IP 模塊，以實現(xiàn)單個完整的調(diào)制解調(diào)器功能。這種架構(gòu)需要采取某種方式對任務進行優(yōu)先排序，然后將它們映射到多內(nèi)核環(huán)境。

　　最簡便的選擇是在 DSP 內(nèi)核之間分配用戶，以使每個內(nèi)核都能維護其自己的隊列。但是這樣做存在兩個缺點。第一個缺點是，所有用戶可能需要共享某些功能，如過濾與解調(diào)等；第二個缺點是，某些功能可能需要共享協(xié)處理器或外設，因而它們不具備完全的獨立性。因此，優(yōu)先隊列集合之間的交互會變得很復雜，從而很難保證實時性能。此外，協(xié)處理器與外設也變得更為復雜，因為它們必須支持多個內(nèi)核的訪問，從而必須決定哪個內(nèi)核的任務優(yōu)先。所有這些都會增加硬件與軟件驅(qū)動程序的復雜性，并使最終系統(tǒng)的測試變得難度更大，也更耗時。

　　為了避免上述缺點，TCI6488 采取了不同的方案：為單個內(nèi)核分配一個功能任務，這樣每個內(nèi)核都負責唯一一組功能。一般情況下，每個負責加速特定功能類型的協(xié)處理器都與單個內(nèi)核相關聯(lián)。這種方案可以顯著簡化協(xié)處理器執(zhí)行的任務排序。外設在許多情況下也與單個內(nèi)核通信，從而減少驗證任務是否需要數(shù)據(jù)所做的測試。

　　由于 DSP 可用于實現(xiàn)各種功能，TCI6488 SoC的設計在必要時均具有高度的對稱性。例如，TCI6488 中的所有內(nèi)核都可以訪問接收機加速器協(xié)處理器 （RAC）。這種設計允許在所有內(nèi)核中運行相同的功能，同時在需要時仍然能為所有內(nèi)核提供對所有協(xié)處理器和外設資源的訪問。不過，建議系統(tǒng)設計人員讓一個內(nèi)核與 TCI6488 DSP 中的 RAC 交互，以便簡化器件的操作。

　　通過在多個內(nèi)核之間實現(xiàn)資源負載平衡，根據(jù)適用于每個任務的代碼，單個內(nèi)核有可能先于其他內(nèi)核達到自己的最高容量。解決方法是進行重新分組，這是一種需要完全改變軟件架構(gòu)的做法，同時也是完成 DSP 測試后系統(tǒng)設計人員極力避免的步驟。由于軟件無線電廣播 （SDR） 方法與工具的不斷發(fā)展，軟件分組工作可得到顯著簡化。

　　TCI6488 等 DSP 已經(jīng)采用代碼周期估算、電子數(shù)據(jù)表和事務級模型為 WCDMA SoC 開發(fā)被推薦的軟件分組功能。TCI6488 DSP 實現(xiàn)了這種分組，而且這樣既可提供一個近乎完美的解決方案，又能實現(xiàn)簡單性：一個 DSP 內(nèi)核控制 RAC，另一個控制 Turbo 協(xié)處理器 （TCP） 與 ViterBi 協(xié)處理器，而由第三個執(zhí)行發(fā)射碼片速率加速以及與天線陣列接口的輸出通信。

　　對于其他標準（如不采用 RAC 的基于 OFDM 的標準），更易于開發(fā)對稱軟件架構(gòu)。在這些情況下將難題分組變得更為簡單，因此 FFT/IFFT 和部分調(diào)制及解調(diào)由一個內(nèi)核執(zhí)行，其結(jié)果被發(fā)送到另一個內(nèi)核進行符號率處理。這種方法可以簡化天線接口或串行 RapidIO（如果天線數(shù)據(jù)采用此類接口）與負責處理前端的其他 DSP 內(nèi)核之間的通信。另外，它還可以簡化后端符號速率處理及其與以太網(wǎng)或串行 RapidIO 外設的通信。

　　事實上，OFDMA 調(diào)制是針對所有用戶聯(lián)合執(zhí)行的，無法完全分配到不同 DSP 內(nèi)核。因此，作者認為，軟件架構(gòu)的簡單性以及眾多調(diào)制解調(diào)器算法的性質(zhì)是系統(tǒng)設計人員分組任務、進而造成軟件在各種 DSP 內(nèi)核之間不對稱的部分主要原因。

　　在多個SoC 之間實現(xiàn)資源平衡

　　另一個問題是每個 SoC 是否應當具有不同任務，如一個 SoC 只執(zhí)行符號速率解碼，而另一個集中執(zhí)行碼片速率調(diào)制。難點是所有片上協(xié)處理器都無法得到有效利用。

　　例如，僅執(zhí)行符號速率處理的 TCI6488 器件需要更為強大的功能，因此需要高功率、大尺寸的 Turbo 與 Viterbi 解碼器。但是此解碼器無法用于另一個只執(zhí)行碼片速率關聯(lián)的 SoC，因此需要功能強大得多的接收加速器。除非每個電路板的功能都具有不同的 SoC，否則協(xié)處理器就必須滿足每項功能的最差情況需求。為每組功能都構(gòu)建不同的 SoC 是一種資金浪費。

　　專用于特定功能子集的 SoC 同樣也不利于可擴展系統(tǒng)。顯然，如果希望提高電路板的通道密度，讓每個 SoC 執(zhí)行相同一組功能，我們只需在電路板中添加更多 SoC.但TCI6488 只需極少的附加硬件即可實現(xiàn)上述目的。天線接口與串行 RapidIO 都能夠以菊花鏈方式連接，而以太網(wǎng)和 RapidIO 接口可以連接到交換機。

　　但是，如果不同的 SoC 提供不同的功能，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可擴展性，用戶數(shù)量基本上必須加倍。如果所需用戶數(shù)量增加 15％，再添加一個 SoC 可將負責符號速率處理的 SoC 的能力提高 15％，但其利用率卻只有 15％。其他 SoC 同樣如此，這使擴展后的解決方案效率極低。

　　對于采用多內(nèi)核、協(xié)處理器加速 SoC 的系統(tǒng)設計，在電路板級可擴展性最高以及可實現(xiàn)最簡單、最易于測試軟件的系統(tǒng)架構(gòu)中，SoC 中的每個 DSP 內(nèi)核都執(zhí)行一個唯一的子集任務，但是系統(tǒng)中的每個 SoC 都執(zhí)行與其他 SoC 相同的組任務。TCI6488 可專門適用于 WCDMA/HSPA 網(wǎng)絡中的這種情況，其側(cè)重采用相同方式高效靈活地支持其他調(diào)制解調(diào)器標準。

　　最終成果是在 3G 或 4G BTS 中采用多內(nèi)核 DSP 來提供獲得成功所需的性能與電源效率組合。但是，并非所有多內(nèi)核 DSP 生來相同，因此，對于系統(tǒng)設計人員來說，同樣重要的另一個選擇是由廣泛功能庫和其他工具提供支持的 DSP，以確保降低開發(fā)成本并加速上市進程。