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在移动设备开发中使用多处理器平台

上网日期: 2004年01月31日 ?? 作者: Jitendra Rayala, Stephen Jarboe, Wei-Jei Song ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:移动器件? Mobile devices? 数字信号处理器? DSP?

对于台式计算机来讲,可以用增加CPU时钟速度和存储器容量的方法来???持所有应用,这也意味着成本和功率都会上升,而蜂窝电话在尺寸和功耗方面有很多限制,所以根本无法采用这种简单的方法,而必须使用多处理器方案。

移动电话开始时只是作为一个语音通信系统,但很快就变成一种多应用平台,处理对象包括声音与视频流、数字影像、游戏以及互联网连接等等。面对这些诱人应用最有效的开发方法是利用多处理器平台,像PC这样的单处理器环境却无法完成所需的任务。

就硬件而言,移动设备除了需要DSP内核来处理复杂的通信物理层外,还需要通用处理器(GPP)内核处理面向控制的任务,如协议栈和用户接口。尽管在这个问题上一直有争论,但事实是现在大多数手机都是基于DSP和GPP双处理器组合结构。随着物理层和用户接口复杂性的增加,将来的手机设计将使用多DSP和GPP来处理所有任务。

就软件而言,手机必须???持2G/2.5G/3G等多重标准以及多种应用程序,基于硬件的方案对付这类设计挑战并不十分有效,而且面市时间慢,灵活性很差。克服这种困难最有效的方法是基于多处理器平台的软件可编程性,有些基带算法可完全用DSP软件实现,其它一些则要用某些特定算法的硬件加速进行扩充。

像音频/视频压缩以及语音压缩这样的媒体处理算法是很复杂的信号处理,包括大量DSP面向决策的计算,未来移动电话还需要???持的其它算法和应用程序包括用于增加频谱效率的自适应天线、用来代替键盘输入的语音输入以及用于身份验证的生物测定。软件可编程性在这里是非常重要的,因为这些算法很难固定在硬件中。同时,因为更新的算法还在开发中,使用软件升级替代硬件完全重新设计能更快地将这些算法引入主流应用。图题:多处理器平台架构框图。

随着移动通信标准复杂性增加,软件可编程性必须继续扩展到移动平台的物理层中去,这表明我们在移动软件平台上不仅GPP需要可升级软件架构,DSP也同样需要。

对DSP来说有效的软件架构其关键是能够尽量简单地将从多个来源得到的算法和应用程序进行集成,这些应用程序或算法可以来自DSP内核供应商,或者独立开发商,也可以来自移动设备芯片制造商。不管是什么来源,集成在一起时必须能够无缝地工作,为做到这一点,开发人员需要隔离出复杂的嵌入式DSP内核。

上述要求需要有一个基于开放式软件结构框架的开发环境,在独立DSP或多处理器平台上应用各种DSP应用程序,这样一个开放式架构可从不同的来源得到兼容算法和应用程序,其特性包括:可从单通道升级至多通道,以及从单内核子系统升级至多内核子系统;算法和应用程序对指定应用要求具有可配置性;带有通用基础DSP内核的跨硬件平台可携带性。该开放式软件架构必须提供应用程序模块、算法模块和平台接口模块。

应用程序模块用于任务调度、算法执行和高级I/O控制,它的功能是作为结构应用层并提供算法模块和平台模块之间的接口。应用程序模块应有能力处理单算法单端口和多算法多端口应用。

算法模块为基带和媒体算法提供独立于硬件和与硬件有关的软件模块。音频和视频压缩算法不需要任何外部硬件加速,但均衡和通道解码算法却可能需要一些外部硬件加速,这就需要一个正确的模块之间的接口规范。同样,独立算法开发的一个关键点是软件模块必须满足算法模块接口规范的要求,以便能够成功集成。

平台接口模块给开发人员提供一个硬件抽象层,这样,独立软件开发人员就能够访问各种设备驱动器和???持库。高级应用程序编程接口可访问DSP-GPP通信、串行数据流和外围设备,平台接口模块则处理所有内部运行的低层设备驱动器。

这种开放式软件架构的一个例子是应用软件开发框架,它需要一个DSP-GPP接口来管理两个子系统之间的通信。实现两个处理器通信一个简单而有效的方法是通过共享存储器邮箱直接传递消息,小型双口RAM可用来作为处理器之间的邮箱。邮箱由两部分组成,一个用于存储来自GPP的消息,而另一个用于DSP,处理器将它们的消息放在各自的邮箱中,然后由一个简单的中断机制在发出一条消息到邮箱后相互通知。

实现处理器间通信的一个更复杂的方法是在处理器子系统间架设信号桥路,这使每个处理器都能通过读、修改和写直接访问其它处理器本地子系统,并提供了一种比邮箱技术更具有升级能力和功效的方法。根据要求的不同,在这个方法中可采用更为复杂的中断机制。

总之,软件架构不应被硬件接口的特性所影响,这是因为软件提供了一个隐藏了硬件特性的抽象层。

作者:Jitendra Rayala


Stephen Jarboe


Wei-Jie Song


先进DSP开发员


LSI Logic公司







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