音頻專用RISC處理器 - 數(shù)字音頻的SoC系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)決策

　　音頻專用RISC處理器

　　基于上述考慮，我們提出了第4種方案，即采用音頻專用處理器?；谕ㄓ锰幚砥鬟M(jìn)行音頻處理的擴(kuò)展，使處理器在高效執(zhí)行音頻編解碼程序的同時(shí)，保持C編譯器的效率。圖2所示就是一個(gè)采用音頻專用處理器進(jìn)行編解碼的系統(tǒng)。

　　圖2：采用音頻專用處理器進(jìn)行編解碼的系統(tǒng)。

　　這種設(shè)計(jì)方案有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，音頻專用擴(kuò)展使處理器更加高效的執(zhí)行音頻算法，在較低的主頻下提供算法所需的性能，從而顯著降低系統(tǒng)功耗。與基于DSP的方案一樣，此方案便于實(shí)現(xiàn)多格式的音頻編解碼，也可以通過升級(jí)軟件來支持新的編解碼算法。它的不足之處在于大家對(duì)于音頻專用處理器的概念還很陌生，下面我們就來介紹一下音頻專用處理器。

　　Tensilica Hi-Fi2音頻處理引擎是基于32位Tensilica Xtensa RISC處理器經(jīng)過配置和擴(kuò)展得到的，它可以非常高效的完成音頻處理任務(wù)。顧名思義，Hi-Fi2音頻處理引擎是Tensilica第二代音頻處理器。Hi-Fi2音頻處理引擎中最關(guān)鍵的擴(kuò)展就是增加了兩個(gè)24位的硬件乘法器，它們可以大大提高音頻計(jì)算的速度。

　　然而，乘法器本身并不會(huì)減少執(zhí)行音頻算法需要的周期數(shù)，周期數(shù)減少是因?yàn)镠i-Fi2音頻處理引擎每個(gè)周期可以執(zhí)行1到2條指令。48位或56位寬的寄存器可以存放2個(gè)24位的采樣值。利用這些寄存器文件可以高效的處理立體聲音頻數(shù)據(jù)。Tensilica總共在Xtensa RISC處理器上添加了300條音頻專用指令，創(chuàng)建了一個(gè)靈活高效的音頻算法處理引擎。

　　一套優(yōu)秀的音頻SOC解決方案不僅限于高性能的硬件，還需要有編解碼軟件，而由于時(shí)間的原因，你可能并不打算自己編寫程序。雖然從互聯(lián)網(wǎng)上可以找到一些音頻處理程序，但是這些程序并沒有經(jīng)過優(yōu)化，執(zhí)行起來效率不高。其次，像Dolby音頻編解碼這樣需要授權(quán)的程序是很難在互聯(lián)網(wǎng)上找到的。目前流行的音頻編解碼算法都已經(jīng)移植到了Tensilica的Hi-Fi2音頻處理引擎上，而且支持的格式還在不斷增加，如圖3所示，所有這些編解碼程序都是用C語言編寫的。處理器的RISC基本指令和音頻擴(kuò)展指令都允許程序員繼續(xù)用C語言來編程，在保證性能的前提下，提高了軟件的可維護(hù)性。

　　圖3：目前流行的音頻編解碼算法都已經(jīng)移植到了Tensilica的Hi-Fi2音頻處理引擎上。

　　Hi-Fi2音頻處理引擎是采用Tensilica可配置技術(shù)，針對(duì)Xtensa LX2處理器的一套擴(kuò)展指令。Tensilica利用這些擴(kuò)展指令，配置出了Diamond 330Hi-Fi音頻處理器，因此在330Hi-Fi處理器上可以運(yùn)行所有基于Hi-Fi2音頻處理引擎的編解碼程序。Tensilica的Hi-Fi音頻處理引擎應(yīng)用于多項(xiàng)產(chǎn)品，在不同的工藝下得到了驗(yàn)證，出貨量已經(jīng)達(dá)到千萬。當(dāng)前的最主要的應(yīng)用還在移動(dòng)電話領(lǐng)域，今后產(chǎn)品的應(yīng)用將會(huì)擴(kuò)展到視頻產(chǎn)品，消費(fèi)類廣播，超便攜PC等領(lǐng)域。