面向移动通信的DSP发展动向

 
　　DSP在移动通信终端产品中是实时处理声音编码/解码、声音识别和活动图像的关键器件。世界各大半导体制造商，对于DSP的研究与开发都给予高度重视，各自都为多争取一些市场份额而努力奋斗，不断开发出新一代面向移动通信的DSP产品。

　　随着Internet应用的深入普及，以第3代移动通信手段来无线接入Internet正蔚然成风，方兴未艾。例如，现在利用IMT-2000手机，可以享受高速且大容量的数据通信服务，诸如听音乐﹑欣赏静止图像和活动图像。因此，对数字信号处理器提出严格要求，如像要求更高速的处理能力而且实现低功耗化。于是，各个DSP制造商纷纷推出各自的新一代DSP产品。本文以NEC的μPD7721x系列新一代面向移动通信的DSP产品为例，介绍新DSP技术特点和相关新技术动向。 

新一代DSP特点

　　今天，数字信号处理器已和现代微处理器一样，采用0.13μm的最新半导体工艺制造，集成度超过千万个晶体管。例如，面向移动通信用的DSP（μPD77210），在5.3×4.9mm2的硅片上集成了大约1400万个晶体管，利用5层布线的CMOS工艺；功耗比以往的产品减半，处理速度高达160MIPS（提高1倍），利用1.5V低电压供电，实现0.3mA/MIPS，堪称是高速且低功耗化的DSP产品。该产品规范，详见表1所示。

表1：面向移动通信的DSP规范（定点，16位） 

表1：面向移动通信的DSP规范（定点，16位）

关键性技术 

　　这种面向移动通信的新一代DSP（μPD77210）是16位字长定点数字信号处理器，它是NEC公司μPD7721x系列的第1个新产品。在该DSP产品里，采用了以下新技术：

　　1. 层次化体系结构

　　μPD77210型DSP的体系结构框图，如图1所示。

　　为了提高产品的开发效率，NEC公司采用由内核宏模块（Core Macro）构成的层次化设计方法。实际上，它就是当今流行的利用IP Core的设计自动化方法，其关键在于NEC成功地测试和调整出该DSP系统。因为利用IP Core设计芯片容易，但是要保证系统正确无误，测试和调整十分困难。

　　该DSP产品的体系结构分为以下两个层次，其一是DSP Core和Peripheral Core，再者是芯片内置的存储器。关于DSP Core部分，包括有32位的指令总线，16位宽度的数据总线（X-数据总线，Y-数据总线），它是掌管运算器、程序控制部件和数据寻址部件等体系结构的内核（Core）。外围电路内核是由各个接口电路和DSP Core和内置存储器之间的接口控制电路等构成的。芯片内置存储器是体系结构的第2层次，有其固有的存储器结构。

　　3. 内置外围功能

　　（1） 外围存储器传送PMT

　　PMT（Peripheral Memory Transfer）是不经过处理机便能执行内置存储器和外围设备之间数据传送的直接存取DMA电路。由于PMT的存在，可削减使用处理机的数据输入/输出处理的额外开销。作为传送对象的接口，包括外部存储器接口、主机接口、TSA串行接口和声音串行接口，共计4种；各个输入/输出，支持8通道的排除队。关于在按每一字循环（Round-robin）方式里用于选择传送对象的串行接口等的编码/解码处理，可一面平衡输入/输出一面进行传送。
作为传送对象的数据RAM，支持14kW×2面（X/Y）的空间；随着上一次传送终了的同时，由于具有根据地址再开始下一次传送的循环功能，可实现存储器使用效率高的数据传送。

　　（2） 外部数据存储器接口

　　该DSP芯片具有支持16位×1MW存储空间的外部数据存储器接口，在该接口里各有以下两种访问方式：其一是根据存/取指令，采取直接存取模式；由于DSP内核备有64kW地址空间，利用偏移（offset）相加地址值方法扩充，映像到1MW空间。其二是通过存储器映像的特定外围寄存器，实现访问的方法。在这种外围电路访问方法里，初始地址无位移地址（offset Address），把字数预置，具有按每次访问自动更新的二维寻址功能，取出图像数据也变得更容易。在上述外围存储器传送PMT里，通过外围存取进行外部数据存储器和内部数据存储器之间的直接存取DMA传送。并且，由PMT构成的外部数据存储器的访问中，虽然也有冲突但是由于能够自动解决冲突，程序员不必过问，执行存/取指令，也可以直接进行外部数据存储器访问。

　　（3） 串行接口

　　该DSP芯片（μPD77210）内置有以下各串行接口：① 扩充有和μPD77111系列串行接口兼容的声音编码/解码器功能和时间槽分配TSA（Time Slot Assignment）功能的TSA串行接口；② 增加有可连接一种处理同以往兼容的声音编码/解码器功能和立体声信号的音频编码/解码器功能的音频串行接口。

　　所谓时间槽分配TSA功能是指，它能把串行数据按时间槽（Time Slot）分时处理，它可和脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation）总线（Highway）之间实现连接或者是在多个μPD7721x电路之间交换数据（进行数据输入/输出）。最多可使用128个时间槽，可以指定独立用于接收/发送的时间槽。
音频串行接口能够处理多达64位的串行数据，通过应用MP-3（MPEG-I Audio Layer3）、AAC（MPEG-II Advanced Audio Coding）等的中间软件库，可以容易地实现音频译码。

　　（4） 其他外围电路

　　μPD77210其他外围电路包括：16位主机接口、16位定时器、4位通用端口、中断扩充电路、JTAG接口以及内置的可进行128倍频的锁相环电路。其中，JTAG接口很重要，它支持作为IP Core连接测试用的边界扫描，它是控制芯片上冻结（On chip ice）功能。 
 

　　发展前景

　　面向移动通信的DSP新产品刚刚问世，今后将有更大的发展。例如，NEC公司认为，为适应市场需求，将发展具备更大存储容量的DSP新产品，如像具备60KB指令存储器/120KB数据存储器的DSP和具备音频解码和视频编码解码功能（RAM和ROM混合）的新产品。