[發明專利]雙處理器復域浮點數字信號處理片上系統

無效

• 申請號: 200580016659.5
• 申請日: 2005-03-07
• 公開（公告）號: CN101095103A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: P·S·保盧西;B·阿爾鐵里;F·阿列蒂;P·巴扎納;A·塞羅托;M·科西米;A·米舍羅蒂;E·帕斯托雷蒂;A·里什阿蒂
• 申請（專利權）人: 愛特梅爾股份有限公司
• 主分類號: G06F7/38
• 分類號: G06F7/38;G06F9/302;G06F9/45;G06F15/16;G06F17/50
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陳煒

技術領域

本發明涉及多處理器系統，尤其涉及適用于具有復域浮點計算功能的數字信號處理片上系統。

背景技術

以數字處理系統解決控制和計算問題的應用正在迅速發展。片上系統(SoC)集成的進步使到有可能發展更多種新的工業和消費類產品和功能。最好的例子為一移動電話。這些設備一般都采用一數字信號處理器(DSP)將通過一模數轉換器得到的語音數據編碼成適于在一移動網路上傳輸的二進制數據流。數字信號處理器運算以定點表示法表示的數據。DSP可以是一分離的集成電路，也可以是一SoC中的一個元件，而另一個可能一般是一可為電話提供其它控制和功能的微處理器內核。

將微處理器和DSP單元以可變的數量組合在一起是可行的。例如，在ErnoSalminen等人所發表的題為“Interfacing?Multiple?Processors?in?a?System-on-ChipVideo?Encoder”的期刊出版物中，敘述了一種實現一與兩個定點DSP內核連接的RISC處理器內核的SoC。

盡管組合一微處理器和一或多個定點DSP單元的SoC對于許多應用是十分有用的，但是它們也存在著一些局限。

首先，SoC?DSP缺乏浮點功能，限制了這些系統的算法發展以及適用性。許多有用和著名的算法較為容易算法移植到使用一浮點數字表示法的DSP。其中一個例子為矩陣求逆，這是數值分析中的一個關鍵部分。如果數據采用浮點格式來表示，則這種算法以及許多其它算法就可以一更直接和更簡單的方式移植?，F有技術都未能意識到這種可能。例如，授予Gove等人的美國專利6,260,088在第16列第4-36行中揭示了一種組合一RISC處理器和一DSP的SoC可較佳地在RISC處理器上實現浮點運算，并限制DSP進行定點運算，在第13-14行中還闡述了“...低等級的處理器不需要浮點運算...”。

其次，盡管本領域業已知道有分離的浮點DSP，但其表示的數據的精度有限，一般為32位。業內的技術人員都會意識到分配給浮點數集的尾數和指數的位將限制可表示的數據的精度和動態范圍。許多理想的應用要求的數據處理超出一典型32位浮點表示法的精度和動態范圍，其中24位分配給尾數和8位分配給指數。這可能包括諸如一嵌入在96dB(16位)信號中的132dB(22位)瞬時脈沖的分析和復制。這類情況時常會在聲音漸增之后的交響樂起奏中遇到，或者在電影中的槍炮聲模擬、仿真模擬或視頻游戲聲道中遇到。來自噪聲環境中的數據的診斷和分析也會出現這類情況。

第三，現有技術中所熟知的浮點DSP不能提供專用匯編指令以對復數作單周期計算。在頻域算法、時域-頻域分析以及頻域-空間波數算法中都時常會遇到復域計算。眾所周知的快速傅里葉變換(FFT)就是籍助于復代數來定義的，并且復域匯編指令的功能也使得DSP能夠為FFT提供本質上的支持，從而極大地方便了音頻、無線電或者超聲波處理的應用。現有技術集中于將復數以整數表示的FFT算法。例如，在授予Lim等人的美國專利6,317,770的第12列的第50-55行中揭示了“...根據本發明的DSP...從而能夠以高速進行定點和整數運算并且能夠簡化電路的結構”。業內的技術人員應該意識到，對于在編譯器和硅層次上開發指令級的并行操作和對于DSP應用內核來說，浮點復數運算法則具有適當的粒度。

克服具有高處理速度的系統中的上述這些限制能夠改善SoC信號處理的性能或者將SoC信號處理擴展到下列應用：

結合多個麥克風，回音消除以及音頻波束成形的免提電話；

具有更高診斷圖像質量的超聲波圖像掃描儀；

適用于家用、車用和影院的自適應聲音均衡以產生特定環境的預均衡和預混響；以及，

基于耳蝸的實時模擬來改善助聽器和耳朵假體。

這就需要一種完備的結合浮點數據表示法、擴展精度和復域算法與自適應控制和系統連接功能的的信號處理平臺。

發明內容

本發明已經實現了為上述特殊應用的優化提供信號處理功能，通過組合微處理器內核和超長指令字(VLIW)的數字信號處理器(DSP)，使之具有復域擴展精度的浮點計算功能。一個實施例是由采用異構處理器內核的片上系統(SoC)所構成，在該系統中，兩個處理器內核即可以作為主內核也可作為從內核，或者兩個內核可以同時和獨立地工作。DSP內核的1.6M位的程序和數據內核存儲器都是映射成控制器的系統總線上的存儲器。直接存儲器存取(DMA)和SoC系統總線基于專用雙端口緩存器與內核并行激勵運行。