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DSP+ MCU双核芯片目前究竟有多火?

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发表于 2017-5-12 11:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
各种数字消费产品特别是便携式数字产品的功能已由单一走向多元化,因而原有的半导体解决方案已不能适应这些多媒体产品的需求,它既需要DSP对实时任务和大量算法的处理,也需要MCU对操作系统,通信协议的控制。因此,半导体巨头们纷纷将目光转向了DSP+MCU这种混合处理器架构,且在此领域的战斗越演越烈。
推动这场战争的另一因素是传统的MCU或DSP厂家不满足于现有版图,需要进入新的市场,在许多情况下用他们的产品来取代竞争对手的某个市场。如Microchip公司推出的dsPIC数字信号处理控制器就将目标瞄准低端的DSP,以图在这个市场分一杯羹。在这场战争中,TI、ADI、Motorola、Microchip及Renesas等领先的半导体厂商将目标锁定庞大的便携式数码产品和网络应用市场,不断推出并提升面向嵌入式多媒体应用的DSP+MCU混合型解决方案。 新品迭出抢占先机。
作为全球DSP的领导厂商,TI公司很早就将DSP+MCU架构应用于数字手机基带处理,并以之为核心成功推出GSM芯片组。该公司的开放多媒体平台OMAP集成有C55x核和ARM9核。
对于OMAP的处理能力,如果一个C55xDSP只利用现有计算能力的40%就能实时处理电视会议应用,那么还有60%的能力可以用于同时运行其它应用。与此同时,在OMAP双核构架中,ARM处理器随时准备处理其它任何应用需求,也可以进入挂起状态,以节约电池寿命。这样,移动用户可以在运行常用操作系统的应用程序的同时使用电视会议。除此之外,该公司还推出了针对手机、数字相机和IP电话的C54x+ARM7平台,以及将应用于新型媒体播发器的C54x+ARM9平台等。
作为一家老牌的DSP供应商,ADI公司继续发展了它的基于该公司和Intel公司共同开发的微信号架构(MSA)的Blackfin(r)处理器产品,并于最近推出新一代Blackfin(r)处理器系列产品:ADSP-BF533、ADSP-BF532和ADSP-BF531。与之前推出的Blackfin(r)处理器相比,这种增强型Blackfin(r)处理器系列产品不仅继承了容易使用和代码兼容的特点,还显著提高了性能和降低了功耗。它们的引脚完全兼容,不同之处仅在于性能和片内存储器的容量差别,这样就使系统易于升级并且减少了开发中的许多风险。 Blackfin(r)处理器系列兼具32位类似精简指令集(RISC-Like)以及通用微控制器中使用方便的16位乘法累加运算(MAC)信号处理功能。此外,其动态电源管理特性能根据应用要求调整工作频率和内核工作电压,从而实现低功耗。
摩托罗拉公司是世界上唯一一家在DSP和MCU领域均颇有建树的厂商,该公司推出的DSP56800/56800E混合控制器集MCU与DSP优点和功能于一身,其处理能力分别达到40MIPS和120MIPS。摩托罗拉的DSP56800/56800E是业界第一个将DSP和MCU集成在一个单核里面的处理器产品,而其它的厂商一般采取双核方案。 从应用上来看,对于通信网络应用而言,DSP主要用于一些复杂的算法,如音视频处理,而MCU则用于网络管理和堆栈协议。在工业应用领域,DSP主要用于复杂的信号处理,如功率因素校正;而MCU主要用于系统控制和通信。DSP+MCU的混合架构正是为满足那些即需要MCU的易用性,又需要DSP的高性能的应用而设计。
作为全球第一大8位MCU供应商,Microchip公司推出了dsPIC数字信号处理控制器,将高性能16位微控制器的控制优势与DSP的高速计算相结合,制成将两者紧密相连的单晶片单指令流线型嵌入式系统设计解决方案。这些产品包括三个系列:DSC电机控制和功率转换系列、DSC传感器系列以及DSC通用系列。 推出这种控制器的目的是为了填补介于16位MCU与低端DSP之间的市场需求,目前这种需求正不断增加。
此外,承继日立公司与三菱电机半导体业务精华的瑞萨科技(由这两家公司的半导体部门合并而成)也挤身于该市场,在其SuperH系列32位微处理器中嵌入DSP核。在加入DSP功能后,诸如MPEG4编/解码、JPEG编/解码以及MP3解码等多媒体功能都可由一种称之为“Middleware”的软件来实现。这些微处理器还将应用领域瞄准手机处理器、车载信息系统处理器及汽车应用中的引擎控制器等。


联调是目前应用关键 存在的问题融合是把双刃剑。在把DSP和MCU的功能结合到一起的同时,如何处理二者之间的搭配关系以及至关重要的开发工具问题也随之浮现出来。
MCU+DSP架构不会改变DSP与MCU各自在软件上的兼容性。但是在多任务分配和协调上需要进行充分优化。正如TI的郑小龙所言,对于DSP+MCU架构,工程技术人员既要了解DSP,也要了解MCU,而联调是工程师开发中面临的较大问题。 使用这种双核解决方案要求工程师同时了解DSP和MCU的编程技术,但是不幸的是,大多数工程师都只了解其中的一个而不是两个都懂。 开发工具的再学习、实时调试的相对复杂及工程师在技术领域的个人偏好对这种架构的应用普及构成了一定的障碍。 s编译效率可能是这种架构产品的另一个需要解决的问题。他说,和分立的编译工具相比,这种整合的软件开发工具会使软件编译效率变低。此外,DSP+MCU架构存在的问题还包括如何处理好双核间的通信和存储资源的最佳化调配等。
供应商正在努力改善这些问题。ADI的这些新型Blackfin(r)处理器都支持几乎所有主要的嵌入式操作系统,例如嵌入式 Linux,ThreadX,和Nucleus操作系统等。该公司提供的Crosscore(tm)开发工具,使用C或C++编程,可以同时有效地执行信号处理和控制代码。 TI推出的集成开发软件Code Composer Studio(CCS),针对OMAP的版本集成了所有主从处理器的开发工具,大大简化了系统架构和应用设计,给实时调试带来极大的方便。


市场应用前景广阔DSP+MCU架构已成功应用于手机、音视频处理、电源管理、互联网接入、POS终端及马达控制等。TI的OMAP平台还将其应用扩展到如媒体广播、媒体播放器;GPS定位服务;网络协作的解决方案;数字钱包;三维游戏;语音因特网导航、文本到语音、语音识别;生物识别测定、用户身份验证、加密/解密等。
此外,嵌入式多媒体应用的迅速增长要求供应商在传统的MCU中增加互联网安全接入、通信、精确的实时响应、更高效的能量耗散、回音噪音消除等诸多功能。这些都是推动DSP+MCU解决方案打开市场的潜在动力。
在便携式数字信息产品中,存在大量实时的数字音频和视频处理,同时又要运行系统软件,处理通信协议/信令及用户交互信息,并且功耗要求尽可能低。DSP+MCU架构正好可以大显身手:DSP适合进行高速实时数字运算;而MCU可以在很低的功耗下运行实时操作系统,并进行通信和交户等多种处理。他还表示,MCU+DSP目前是市场上DSP应用的一种补充,可以有效协调高速实时与非实时多任务的分配。
车载信息系统和引擎控制器应用领域也是供应商们极力争取的市场。
简而言之, DSP+MCU混合架构的诞生是处理器供应商们为了达到更低的系统成本、更小的封装尺寸和更微的功率耗散所开辟的另一条"华山之道";而未来,它们还将沿着这条新路继续前行。


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