隨著應用領域的擴大以及終端產品性能的日益豐富，人們對DSP系統的性能、功耗和成本提出了越來越高的要求，迫使DSP廠商開始在單一矽片上集成更多的處理器內核，於是多核DSP應運而生。

1、多核DSP關鍵技術

晶片制造工藝技術的進步和SoC設計與驗證水準的提升分別是多核DSP誕生的硬體基礎和軟件基礎。

目前，DSP巨頭德州儀器公司（TI）的DSP晶片生產工藝已經達到75nm水準，能夠在一塊僅有拇指大小的單晶片上集成8個TMS320DSP內核。同時，多核DSP也離不開SoC設計水準的進步。SoC設計可以對整個系統的模型演算法、軟硬體功能、晶片結構、各電路模塊直至器件的設計進行綜合考慮，可以在同樣的工藝條件下，實現更高性能的系統指標。

以下介紹多核DSP必須面對的一些關鍵技術∶軟硬體協同設計、軟硬體協同驗證、IP核生成與復用、高速互連總線、低功耗設計等。

低功耗

多核DSP帶來了更高的性能，但它相比傳統的單核DSP也帶來了更大的功耗。嵌入式應用，例如手機、數碼相機等對功耗非常敏感。在以前的2G通信時代，人們習慣了200小時待機時間的手機，當然很難接受待機時間僅僅為一天的3G手機。因此多核DSP必須解決的第一大技術難題就是如何有效的降低平均功耗。

從硬體技術上來看，可以采用動態電源管理技術，設置全速、半速、休眠等工作模式，根據當前的任務強度和功耗監測信息，及時調整電壓和頻率，關閉暫時不使用的模塊，以降低功耗。另外，根據特定的應用需求，設置專門的協處理器，同樣可以減少DSP內核的運算強度。

從軟件技術上來看，在編譯指導下的多核DSP低功耗優化技術非常具有潛力。低功耗編譯技術主要包括編譯指導的動態電壓調節、多線程功耗模型下的低功耗編譯調度等。在操作系統的支持下，通過合理的調度，使處理器資源與演算法需求相適應，例如在DSP核+MCU的模式下，MCU就不應該處理DSP的有關程式。

（2）互連與存儲系統

隨著晶片面積的增大，長線互連延遲和信號完整性已經成為制約晶片主頻的關鍵因素。當片上DSP核較少時，可用簡單的總線結構或者Crossbar互連；當DSP核較多時可用二維mesh網絡、3D Torus等進行互連，設計者必須在網絡開銷以及多核之間耦合的程度之間進行權衡，同時還要注意互連拓撲的可擴展性。為提高互連性能，應該采用高頻、高帶寬的超深亞微米片上互連結構，以便高效地實現節點間通信。

針對數據密集型的應用，多核DSP必須解決存儲系統的效率問題。為此，必須要解決一系列關鍵技術，例如應該設計多大的片內存儲器？數據的共用和通信在存儲層次的哪一級來完成？Cache一致性在哪一級實現更合理？是通過片內共用存儲器還是高速總線進行多核之間的通信？存儲結構如何支持多線程的應用？

（3）編譯技術與操作系統

多核DSP能否發揮最高的性能，在很大程度上取決於編譯優化和嵌入式操作系統的有力支持。例如，多核DSP對多線程程式能夠提供較高的性能，但是對于單線程應用的性能反而不高，甚至比單核DSP的性能還要低。

采用硬體動態提取線程是一種方法，但編譯器更要擔負起自動并行化的工作，即將串列程式自動地轉換為等價的多線程并行代碼，使用戶不關心疊代空間劃分、數據共用、線程調度和同步等細節，減輕用戶負擔。 更重要的是多線程優化編譯技術，包括線程并發機制的實現、線程調度、線程級
前瞻執行等技術。

多核

之間的任務調度是充分利用多處理器性能的關鍵。為滿足實時處理的要求，均衡各處理器負載，需要研究的任務調度機制有分散式實時任務調度演算法、動態任務遷移技術等。已有的幾種嵌入式操作系統，例如μcLinux、PalmOS、WinCE等，都還無法有效地支持多核處理器。嵌入式多核操作系統的研究任重而道遠。

（4）應用開發環境

嵌入式應用的特點決定了開發人員必須能夠在很短的時間內推出能夠為市場所接受的應用系統。為此，多核DSP供應商必須為用戶提供簡便易用的開發、調試環境。但是面向多核處理器的編程環境始終是不成熟的，并行程式開發技術一直難以普及。

為此，我們可以借鑒多核通用微處理器的編程模式，即消息傳遞程式設計模式MPI和基於編譯指導命令的程式設計模式OpenMP。但是，最終的發展趨勢還將是集成化的VSP（Virtual Single Processor，虛擬單處理器模型）開發環境，在這一環境下用戶能夠像開發單處理器程式一樣去開發多核應用系統，在同一平臺上完成編程、調試、編譯優化和連機測試的過程。

例如，Cradle公司在推出CT3600系列多核DSP的同時，還推出了相應的多核開發工具，包括ANSI C編譯器、針對DSP進行了時序優化的Cradle C語言、eCOS實時操作系統、INSPECTORTM代碼開發與調試器和RDS3600硬體開發平臺等，從而為用戶提供了一攬子的解決方案。

2、多核DSP的應用

（1）3G移動通信

多核DSP最重要的應用領域之一就是3G數字移動通信。其中包括基站和移動終端兩方面的應用?；舅褂玫腄SP更注重高性能，對成本和功耗不是非常敏感。而移動終端要面向具體的用戶，設計時必須在功能、功耗、體積、價格等方面進行綜合考慮，因此移動終端對DSP處理器的要求更加苛刻。

2G數字蜂窩電話的核心處理器都是基於雙處理器結構的，即包含1個DSP和1個RISC微控制器（MCU）。DSP用來實現通信協議棧中物理層協議的功能；而MCU則用來支援用戶操作介面，并實現上層通信協議的各項功能。

3G數字移動通信標準增加了通信帶寬，并更加強調高級數據應用，例如可視電話、GPS定位、MPEG4播放等。這就對核心處理器的性能提出了更高的要求，即能夠同時支持3G移動通信和數據應用。在現代化的3G系統中，對處理速度的要求大概要超過60-130億次每秒運算。如果用現有的DSP，需要20-80片低功耗DSP晶片才能滿足要求。因此，承擔這一重任的多核DSP處理器晶片必須在功耗增長不大的前提下大幅度提高性能，并且要具備強大的多任務實時處理能力。多核DSP在嵌入式操作系統的實時調度下，能夠將多個任務劃分到各個內核，大大提高了運算速度和實時處理性能。這些特點將使3G手機能夠同時支援實時通信和用戶互動式多媒體應用，支援用戶下載各種應用程式。圖2給出了一種3G通信多核DSP處理器的架構。


（2）數字消費類電子

DSP是數字消費類電子產品中的關鍵器件，這類產品的更新換代非?？?，對核心DSP的性能追求也無越來越苛刻。

由於DSP的廣泛應用，數字音響設備得以飛速發展，帶數碼控制功能的多通道、高保真音響逐漸進入人們的生活。此外，DSP在音效處理領域也得到廣泛采用，例如多媒體音效卡。在語音識別領域，DSP也大有用武之地。Motorola公司等廠商正在開發基於DS
P的語音識別系統。

數字視頻產品也大量采用高性能DSP。例如數碼攝像機，已經能夠實時地對圖像進行MPEG4壓縮并存儲到隨機的微型硬盤甚至DVD光碟上。此外，多核DSP還應用在視頻監控領域。這類應用往往要求具有將高速、實時產生的多路視頻數字信號進行壓縮、傳輸、存儲、重播和分析的功能，其核心的工作就是完成大數據量、大計算量的數字視頻/音頻的壓縮編碼處理。

（3）智慧控制設備

汽車電子設備是這一領域的重要市場之一?，F代駕乘人員對汽車的安全性、舒適性和娛樂性等要求越來越高。多核的DSP也將逐漸進軍這一領域。例如在主動防御式安全系統中，ACC（自動定速巡航）、LDP（車線偏離防止）、智慧氣囊、故障檢測、免提語音識別、車輛資訊記錄等都需要多個DSP各司其職，對來自各個傳感器的數據進行實時處理，及時糾正車輛行駛狀態，記錄行駛信息。

審核編輯 黃宇