Dijital Signal Processors (DSP) Sistem-on-Chip (SoC) tasarımları, modern elektroniklerin temel taşı haline geldi, akıllı telefonlar ve otomotiv gelişmiş sürücü-assistance sistemleri (ADAS) endüstriyel otomasyon ve tıbbi cihazlara bağlı olarak, bir DSP çekirdeğinin genel amaçlı işlemciler, hızlandırıcılar ve periferiklar üzerinde tek bir performans ve enerji verimliliği sağlar, bu yüzden başarılı bir DSP-integrasyon sistemleri için yol gösterir.

DSP-SoC Entegrasyonu Anlama

Dijital Signal Processor yüksek hızlı, gerçek zamanlı sayısal işlemler için mimarlanır - CPU'lar (MAC) döngüleri - bu filtrelemeye merkezi, FFT, konvolution ve modulation.Internal motivasyon ve modulation, DSP çekirdeği, bu nedenle ARM Cortex-A serisi CPU'lar, GPU çekirdekleri, sinir işleme birimleri (NPU) ve özel donanım sürücüleri gibi diğer işleme elemanları ile uyumlu bir şekilde uyumlu bir şekilde şarj edilir.

Heterogeneous Computing'in Rolü

Bugünün SoC tasarımları doğa tarafından heterojendir. Tipik bir mimari, bir çift çekirdek veya kud-core CPU kümesi, gerçek zamanlı bir işletim sistemi (RTOS) veya çıplak-metal kod, donanım hızlandırıcıları ve bir nokta kanalları gibi bir araya getiren bir sistemdir.

DSP Entegrasyonunda Anahtar Donanım Zorlukları

Donanım düzeyinde zorluklar birkaç alana gruplanabilir: otobüs ve saat alanı geçişi, hafıza hiyerarşisi tasarımı ve fiziksel uygulama kısıtlamaları. Her alan, zamanlama kapanış sorunları ve fonksiyonel böceklerden kaçınmayı dikkatli bir şekilde gerektirir.

Bus Architecture and Data Coherency

Çoğu DSP, yüksek bant genişliği ile çalışmak için tasarlanmıştır, düşük çözünürlükli hafıza arayüzleri - aynı zamanda CIR filtre işlemleri ile aynı anda paylaşılan bir tampona yazılırken, bu tür bir tahkim gecikmeleri DSP'nin örnek dönemlerini hafifletmesi veya şişeleme sorunları yaratabilir. Örneğin, DSP'nin gerçek zamanlı olarak yapılandırılır.[TFLT)

Saat Domain ve Yapıları Yeniden Yapılar

DSP'ler genellikle, DSP saat ve sistem saati arasında güçlü senkronizeler, FIFO'lar veya asynchronous köprüler için çalışır.Sıkıtlık, veri yolsuzluk veya geçici başarısızlıklar için, DSP'nin ilk başta olmadan bilinen bir durumda getirdiği güçle birlikte, DSP'nin diğer modüllerle birlikte getirdiğinden emin olmalıdır.

Fiziksel Tasarım ve Katplanning

Fiziksel bir tasarım perspektifinden, DSP çekirdeği önemli bir ölü alanı kaplar ve genellikle hız için optimize edilmiş yoğun, yapılandırılmış bir düzen vardır. daha büyük bir SoC zeminplanı, sinyali diğer bloklar için devre dışı bırakabilir.DSP'nin üst düzey portları -memory arayüzü, kesme hattı, debug arabirimleri - özel veya yerleştirme olmadan şarj edilebilir.

Güç Yönetimi: Hakim Bir Kıtlama

DSP'ler güç hesaplama yetenekleri için bilinir - özellikle de sürekli vektör veya matrix işlemleri gerçekleştirirken, her miliwatt meseleleri.Bir DSP'yi dikkatli bir güç yönetimi olmadan bir SoC'ye entegre etmek, kritik bağlamı hızla aşabilir ve DSP gerçek zamanlı olayları yeterince hızlı bir şekilde halledebilir.

Leakage ve Termal Sorunlar

Gelişmiş süreçte düğümler (7nm, 5nm ve ötesinde), sızıntı mevcut toplam güç tüketimi boş devletlerde bile geçerli. Tasarımcılar, DSP blok için vücut önyargılarını veya tersine çeviren vücutlarını kısıtlayan veya karmaşıklıkları içerir - DSP zaman performansı önemli bir şekilde yüksek güç bloğuna yakın bir şekilde yerleştirilirse DSP. Gelişmiş soC tasarımları genellikle DSP hızlarını azaltır.

Memory Band geniş ve Latency Constraints

DSP'nin performansı doğrudan veriye erişme yeteneğine bağlıdır. Birçok sinyal işleme algoritmaları doğrudan DSP'nin en düşük gecikme süresine bağlı olarak, ancak bu bellek sistemi paylaşılan bellekte depolanamazsa (DSP) önbellekli veya dışsal DRAM bölgelerin kullanımı için daha yüksek bir bellekte sabit bir şekilde tasarlanmıştır.

Cache Architecture Trade-offs

Bazı DSP'ler talimatlar ve veriler için küçük L1 önbellekleri içerir.Sekiz gecikmeli görevlerin önbellekli özleme protokolleri (örneğin, otomotiv frenleme sistemleri), tasarımcılar bazen tamamen önbellekleme mekanizmaları kullanırlar veya açık DMA transferleri ile destekleyebilirler.

Yazılım ve Şirketware Entegrasyonu Hurdles

Donanım sadece hikayenin yarısıdır. DSP programlanabilir olmalı ve bu sağlam bir yazılım ekosistemi gerektirir. Yazılım entegrasyonundaki zorluklar genellikle donanımın kendisinden daha fazla zaman alıcıyı kanıtlamaktadır.

Compiler ve Toolchain Uyumluluk

CEVA, Cadence/Tensilica veya Synopsys /ARC, kendi eğitim setleri mimarisi ile gelir (ISAs) ve araç zincirleri.Yeni bir SoC noktasından sinyal işleme algoritmaları, gelişim ortamıyla yeniden yazılabilir (IDED) ve DSP'lerin performans testlerini yaparken bile, otomatik olarak üretilen Vurallar tarafından otomatik olarak oluşturulabilir.

Gerçek Zamanlı İşletim Sistemi ve Sürücü Geliştirme

DSP genellikle ana CPU'nun işletim sistemi ile iletişim kurmalı bir RTOS veya çıplak metal kod çalışır (örneğin, Linux, Android). DSP, periferik (IPC) mekanizmalar - paylaşılan bellek kuyrukları, posta kutuları gibi - bu yüzden dikkatli sürücü tasarımı.

Debugging ve Trace

Birden fazla çekirdekli bir sistem bulmak - potansiyel olarak farklı yazılım - JTAG, seri tel çıktısı veya DSP durumunu tüm haftalar boyunca durduramayan bir gömülü mantık analizleri ile uyumlu hale getirmek.

Doğrulama ve Geçerlilik Kompleksi

Bir DSP-integrated SoC, sadece DSP'yi izolasyonda test etmekten daha fazlasını gerektirir. Sistem düzeyinde senaryolar - CPU bellek ve I/O ile etkileşim yaparken gerçek zamanlı veriler - DSP'nin otomatikleştirilmesi veya taklit edilmesi veya emated edilmesi gerekir. Geleneksel RTL simülasyonu, DSP işlemlerinden milyonlarca DSP işlemden doğrudan faydalanamaz, bu yüzden doğrulama ekipleri donanım emulationlarına veya FPGA prototypingine bağlıdır.

Donanım ve Yazılım

Donanım / soğutma co-verification, SoC otobüsünün bir modelini takip etmek için gereklidir. Birçok takım, zamanlama ve güç dengesine dayanan, DSP RTL'yi karışık-signal simülasyon ortamında çalıştıran ancak kritik yol analizi için gerekli olan bir modele dayanarak, DSP kontrol kayıt erişim senaryolarına hızlandığında, DMA işlemleri ve güçle tam doğrulamanın doğruluğunu sınırlandırır.

Tasarım Ticareti ve Mimari Kararları

DSP'yi birleştirmek nadiren basit bir “gösterme” işlemidir. SoC ekibi, performansı etkileyen birkaç mimari karar vermelidir, alan ve zaman piyasayı etkileyen bir sistemdir.Örneğin, zor bir DSP makro ve yumuşak sentezlenebilir bir temel arasında seçim yapmak zor bir durumdur. Sert makrolar belirli bir işlem için önceden optimize edilir, daha yüksek performans ve daha düşük alan sunar, ancak farklı akışlar için sınırsız bir şekilde genişletilebilir.

DSP SoC Entegrasyonunun Gerçek Dünya Örnekleri

Texas Instruments, NXP ve Qualcomm gibi şirketler, SoC ailelerinde DSP entegrasyonunu ustalaştırdılar. TI TMS320C66x multi-core DSP, paylaşılan hafıza ile birkaç C66x çekirdeği birleştirir, EDMA ve PCIe gibi periferiler - tek bir çiple birlikte. anahtar zorluk, dış hafızadaki birden fazla DSP çekirdeğinin önünde önbellekliliği korumak için gerekli olan donanıma izin verirken.

Future Trends ve Gelişen Zorluklar

CPU API'si 3nm ve ötesinde, DSP entegrasyonunun zorlukları yoğunlaşacak. FinFET ve GAA transistörleri daha da kritik hale getirebiliyor, güçlendirici hale getiriyor. NPUs'ta yapay zeka ve makine öğreniminin yükselişi, DSP'lerin yanı sıra düşük seviyeli NPU'ların katılımını sağladı, bu bloklar için bir ihtiyaç yaratabilir. Örneğin, DSP geleneksel sinyal işlemeye yönelik olarak elde edilebilir bir şekilde kontrol edilebilir (fillenme, FFT)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bir DSP işlemcisini bir SoC tasarımına entegre etmek, donanım mimarisi, güç yönetimi, hafıza tasarımı, yazılım geliştirme ve sistem doğrulaması ile çok boyutlu bir mühendislik meydan okumasıdır.Bu sayede, tasarım ekipleri sağlam bir entegrasyon planı oluşturabilir.Bu yüzden, en erken aşamalarından gelen bir donanımın anahtarı ve yazılım platformunu anlayarak, güç domaini, araç koridorunu ve bakımlarını hızla genişletecektir.

[FONT=0)Dönetici:[Dönemli)

  • [FONT:0)Arm: DSPs Nasıl Çalışıyor).
  • [0]Texas Instruments: C66x DSP Multicore Entegrasyonu).
  • [0]Süresellik Tensilica DSP IP for SoCs[Dönemli: 1)
  • [FONT:0)Electronic Design: DSP Entegrasyon Challenges in SoCs[DÜT:1)