| 寬帶通信已進(jìn)入重大變革時(shí)期。隨著信道密度和每個信道處理性能的增加,使得大多數(shù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)顯得過時(shí)。演變中的市場和多種標(biāo)準(zhǔn),要求設(shè)備生產(chǎn)商增加系統(tǒng)軟件的可編程性。網(wǎng)絡(luò)處理和新的數(shù)字信號處理器（DSP）已開始瞄準(zhǔn)已有通信鏈路中的局部解決方案,但主要的瓶頸依然存在。最新出現(xiàn)的解決方案是可配置平臺,它能提供多處理、指令級并行性和適應(yīng)特定范圍要求的靈活性。 迅速變化的標(biāo)準(zhǔn)和市場條件,連同需要在整個通信架構(gòu)中保持穩(wěn)定的設(shè)備環(huán)境,促使人們對寬帶通信領(lǐng)域采用寬范圍可編程方案的興趣日趨增加。軟件可編程方案可使設(shè)備制造商能即時(shí)提供瞄準(zhǔn)當(dāng)今市場需求的產(chǎn)品,同時(shí)又能保證適應(yīng)未來市場所需產(chǎn)品的靈活性。另外,可編程方案使得同樣的軟件裝置使用在多種產(chǎn)品中,增加了產(chǎn)品的市場容量。 處理鏈路問題 通信系統(tǒng)必須處理大量的復(fù)雜任務(wù)和不斷增加的信道數(shù)。軟件可編程處理器可有效地處理3個關(guān)鍵處理領(lǐng)域：協(xié)議處理、信息包處理和媒體壓縮。通信網(wǎng)絡(luò)依賴于特定的協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)。信道上的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須置入信息包并在信道的末端從信息包取出。另外,每一種協(xié)議在傳輸期間具有特定的機(jī)構(gòu)用于生成和管理通信信道。協(xié)議處理可認(rèn)為是狀態(tài)機(jī)性能的有效處理。 在信息包中,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要處理,這包括：認(rèn)別有效數(shù)據(jù)載荷類型,確定數(shù)據(jù)路由,識別和糾正傳輸誤差以及不同信息包方案之間的變換或分級轉(zhuǎn)換。信息包處理主要依數(shù)據(jù)的按位運(yùn)算進(jìn)行。處理器必須能有效地求出信息包內(nèi)的固定（或）可變長度字段。循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）需要高級的按位運(yùn)算。 隨著各種信息量（包括聲音,視頻、音頻、圖像和數(shù)據(jù)）的增加,通信架構(gòu)正趨于飽和。對于通過通信網(wǎng)絡(luò)的各種信息量來說,用于增加傳輸帶寬的關(guān)鍵技術(shù)是壓縮。確定所采用壓縮技術(shù)的因數(shù)包括：被壓縮信息量的類型,對由壓縮產(chǎn)生人為噪聲的應(yīng)用敏感度,應(yīng)用的誤差復(fù)原能力,信道的潛在誤差和信道能保證的業(yè)務(wù)質(zhì)量。 瓶頸問題 對通信架構(gòu)的可編程需求導(dǎo)致大量新“型”芯片出現(xiàn),這包括網(wǎng)絡(luò)處理器和專用領(lǐng)域（domainfocused）DSP這些器件的關(guān)鍵可編程性能和信道密度�，F(xiàn)在的方案集中在新微處理器配置中如何重新利用原有的處理器結(jié)構(gòu)。多處理器可提供任務(wù)級的并行性,這增加了并行執(zhí)行應(yīng)用任務(wù)的能力。為處理不同數(shù)據(jù)采樣值而生成冗余、并行通路可以增加信道的密度。 然而,使用這些器件存在兩大瓶頸,首先,信道中處理器的結(jié)構(gòu)限制了每個并行通路的可用處理帶寬。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)處理器和通信DSP都是基于精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的。雖然RISC結(jié)構(gòu)可降低應(yīng)用中的指令要求,但它們受到單指令周期的固有限制。另外使問題更復(fù)雜的是,微處理器的指令集更適用于協(xié)議和包處理任務(wù),而DSP更適應(yīng)于媒體處理任務(wù)。 第二個瓶頸是協(xié)議處理和進(jìn)出并行處理通路的數(shù)據(jù)輸送。在網(wǎng)絡(luò)處理器和多DSP方案中,傳輸?shù)那度胩幚砥饕话阌糜趨f(xié)議處理,用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)輸送數(shù)據(jù)到并行通路。在多DSP方案中,信息包處理也不用DSP,這是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)在處理位方式運(yùn)算時(shí)的固有限制。 理想結(jié)構(gòu) 把多個處理器、存儲器和外設(shè)集成在一起,為特定應(yīng)用可編程的重新設(shè)計(jì)的芯片結(jié)構(gòu)是理想的平臺。雖然如網(wǎng)終處理器這樣的平臺,對于給定的應(yīng)用能提供高級軟件編程,但這樣的方案直到現(xiàn)在,也仍是固定的結(jié)構(gòu),因而不能修改硬件以適應(yīng)特殊產(chǎn)品的需要。 靠硬件級配置和定制,其理想的可配置平臺將有助于產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)較高的密度、不同的性能和降低成本。對于當(dāng)今的瓶頸,這樣一種平臺,對于協(xié)調(diào)多個處理元件以適應(yīng)特定范圍的單一系統(tǒng)提供靈活的結(jié)構(gòu)。根據(jù)在整個架構(gòu)中的位置,其通道密度和功能要求可以是不同的。 采用靈活的結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體供應(yīng)商和OEM可以把功能集成在少量器件中。設(shè)計(jì)人員可以針對他們應(yīng)用的特定要求和限制定制和配置一個平臺。此外,這些可配置平臺將提供指令級平行性（ILP）,這大大增加了可用的處理帶寬。例如,甚長指令字（VLIW）處理器每條指令處理多種運(yùn)算的處理能力比時(shí)鐘控制RISC處理器增加3倍。設(shè)計(jì)人員利用可配置VLIW處理器在數(shù)據(jù)通路中包含定制運(yùn)算單元,這將為應(yīng)用中的特定功能增加處理帶寬。 語音信息包實(shí)例 我們研究一下話音信息包（Voice-over-packet,VoP）并分析采用什么樣的方案能滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)必須在特定的傳輸信道上發(fā)送和接收,語音數(shù)據(jù)必須壓縮和解壓縮。除了對取樣話音打包外,網(wǎng)絡(luò)必須能夠接納這些話音信息包并投入到網(wǎng)絡(luò)通信量中,而不導(dǎo)致話音實(shí)時(shí)性方面的任何顯延遲。 實(shí)現(xiàn)VoP需要眾多的功能范圍,每一種都具有截然不同的特性。其功能包括： ●網(wǎng)絡(luò)/呼叫管理和控制 ●話音處理 ●信息包處理/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理 除了信息包電話專門的功能外,還有在物理層支持的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）、數(shù)字用戶線（DSL）、異步傳輸模式（ATM）、無線和有線網(wǎng)絡(luò)中集成處理信號,調(diào)制所必須的更廣的網(wǎng)絡(luò)功能,如DSP、信令和控制。 VoP現(xiàn)正在集成越來越多的功能,而同時(shí)采用嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）技術(shù)使其變得更小。這樣增加了信道密度,小的IC正在替代PC或路由器大小的盒和多處理器DSP插卡機(jī)架。 系統(tǒng)應(yīng)用需求 在VoP系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)管理和控制、呼叫建立和控制以及網(wǎng)絡(luò)接口控制所要求的復(fù)雜業(yè)務(wù)由若干標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,最著名的一些標(biāo)準(zhǔn)是ITU-TH..323、H.248和Megaco(Media Gateway Control)協(xié)議。通常,在PC/工作站/路由器大小的盒上,在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）下執(zhí)行C/C++軟件實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜業(yè)務(wù)。希望在嵌入式微控制器芯核中執(zhí)行這些管理協(xié)議軟件。 VoP話音處理包括編解碼器、回音消除器和外設(shè)業(yè)務(wù)處理（如音頻檢測/產(chǎn)生,和諧噪聲產(chǎn)生,話音存在/靜音檢測）。這些處理都是DSP范圍。可惜,對于不同部分話音處理所需的算法差別很大,這使得任何單個DSP適用所有部分是困難的。 為了長途電話優(yōu)質(zhì)話音,采用了若干話音編解碼器。它們由ITU-TG.711,G.726,G.728和9.729E規(guī)定,并且總是與數(shù)字線路回音消除器相連（一般為G.168）。G.726,ADPCM話音編解碼器的算法要求與G.168的需求有很大的不同,G.168主要是按最小二乘方的自適應(yīng)濾波器。定點(diǎn)DSP芯核用于這兩種算法不是最佳的。另外,很多定點(diǎn)DSP對關(guān)鍵性運(yùn)算,如歸一化和舍和入都不提供任何支持。 與網(wǎng)絡(luò)/呼叫管理和話音處理相比,VoP的信息包處理和協(xié)議支持具有完全不同的要求。在傳輸層,如UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）、RTP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）和ATM（適應(yīng)層）是通用的。在發(fā)送端,需要生成首標(biāo)和段數(shù)據(jù)以構(gòu)成信息包;在接收端,首標(biāo)必須抽出和檢驗(yàn),往往需要譯碼,而且數(shù)據(jù)在特定應(yīng)用單元必須重組。另外,需要像CRC這樣的運(yùn)算�？梢栽贛CU或DSP上執(zhí)行信息包處理/協(xié)議支持,但這不是最佳選擇、而會導(dǎo)致帶寬或信道密度引起的成本問題。 希望在物理層上面集成更廣泛的網(wǎng)絡(luò)功能（如信息處理和信令/控制）支持ISDN/DSL、ATM無線和有線網(wǎng)絡(luò)。這種集成可包括像信道編碼（單向誤差修正）、調(diào)制解調(diào)方法（正交幅度調(diào)制或分離多音）和脈沖整形技術(shù)。 VoP系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 現(xiàn)在VoP是在連接多處理器DSP插卡的工作站/路由器大小盒中實(shí)現(xiàn)的,雖然業(yè)內(nèi)正在積極地把這些設(shè)計(jì)移植到單個芯片或芯片組中。這種移植可達(dá)到降低成本、大小和功耗以及增加信道密度和帶寬。在ASIC上建造VoP系統(tǒng)有兩種主要途徑。 第一種途徑是可編程嵌入式MCU和DSP芯核。網(wǎng)絡(luò)/呼叫管理和信息包/協(xié)議支持功能通常放置在MCU芯核上,而話音處理功能放置在DSP芯核上。這些可編程芯核能提供相當(dāng)快的上市時(shí)間,并且很容易更新。 然而,編程MCU和DSP芯核需要投資,一般每種芯核的軟件都需要單獨(dú)開發(fā)。某些工作也需要在芯片上集成MCU和DSP芯核以及其他系統(tǒng)元件（總線、存儲器和網(wǎng)絡(luò)接口）。 另一種途徑是制造一種ASIC。此途徑在性能和硅效率方面能提供良好的結(jié)果。然而,這些ASIC趨向于集成MCU或DSP某種程度的功能,這是因?yàn)椴僮鲝?fù)雜性所致。增加定制硬件IP可增加一些功能（CRC,信息包管理,濾波運(yùn)算等）使這些芯核的負(fù)載/大小降低。 ASIC方法的缺點(diǎn)是巨大的非重復(fù)的開發(fā)成本。而且必須考慮需要建立或引入IP、集成IP核、設(shè)計(jì)任何必需的軟件和功能驗(yàn)證ASIC的開發(fā)時(shí)間窗口。 現(xiàn)在一種比較好的方案是利用可配置平臺的技術(shù),可配置平臺解決定制SoCASIC的性能和硅效率,而沒有上市時(shí)間和MCU/DSP芯核組合的更新問題。新的可配置平臺技術(shù)必須提供3個關(guān)鍵要素： ●可標(biāo)度的多處理器平吧,配有集成互聯(lián)處理器通信、存儲器和總線結(jié)構(gòu)。 ●板上處理器必須對于傳統(tǒng)資源和定制模塊是可配置的。換言之,必須提供增加或去除像ALU、MAC和移位器資源的能力,就像增加定制運(yùn)算（如舍入和歸一化）資源能力那樣。用于新模塊生成/插入的工具必須支持這些能力。 ●這種技術(shù)必須提供一種直觀的開發(fā)環(huán)境,對于任何給定的應(yīng)用,應(yīng)同時(shí)使軟硬件最佳化,以便選擇最佳的平臺。 當(dāng)平臺包括可配置的處理器時(shí),可大大增強(qiáng)特定應(yīng)用的性能結(jié)構(gòu)。例如,我們已經(jīng)采用通用VLIW處理器和編譯G.726話音編解碼器在單處理器中實(shí)現(xiàn)15信道密度。靠增加一個運(yùn)算單元,我們增加信道密度到30信道,對軟件只做較小的修改來支持新單元。同樣,在基本處理器中MAC從1個增加到2個,我們在單個處理器上能夠?qū)崿F(xiàn)G.168回音消除15個信道。 | 
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