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山西快乐十分技巧出号规律: MAP-CA寬帶數字信號處理器的原理及其應用

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瀏覽 次【字號 】 發布時間:2012-7-1 打印本頁

  摘要:介紹赤道公司(Equator)的MAP-CA寬帶數字信號處理器,提出了一種寬帶應用中高性能的單芯片解決方案,給出一個應用實例。

    關鍵詞:寬帶信號處理機 超長指令字 媒體加速處理器

作為消費類電子設備市場上綜合寬帶數字通訊和媒體處理器核心設備的主要供應商,赤道(Equator)技術公司推出了一款高速寬帶數字信號處理器MAP-CABSP,在300MHz的時鐘周期運行速度下,其處理能力為30 GOPS(每秒300億次整數運算),處理速度相當于Pentium III的6.4倍,是其它解決方案的10倍以上。其核心功能是通過軟件為高性能、大視頻流的寬帶應用而設計的??殺喑絳虻男酒市矸裉峁┱噠箍嗟姆窈凸δ?,如time-shifting、安全媒體播放及有針對性的廣告。在高性能的寬帶應用產品中如機頂盒、數字電視、視頻會議系統、醫療圖像產品、數字視頻編輯系統和辦公自動化等有著廣泛的應用前景。MAP-CA是Equator公司MAP系列超長指令字處理器中的一種。

1 系統框圖

MAP-CA寬帶信號處理器(BSP)內部框圖如圖1所示。主要包含一個超長指令字處理器內核(The VLIW core)、一個可編程位流協處理器(The VLx)、視頻濾波協處理器、顯示刷新控制器和豐富的數字I/O接口等。MAP-CA支持各種用軟件實現的視頻、圖像以及信號的壓縮和解壓縮,這種軟件實現的算法相對硬件實現有很大的優越性,升級非常方便。

2 硬件接口

MAP-CA的硬件接口包括視頻輸入輸出接口、音頻輸入輸出接口、PCI總線接口、SDRAM接口、顯示控制器接口、I2C接口、ROM控制器接口和標準的在線可編程JTAG接口等。

2.1 視頻輸入輸出接口

MAP-CA有兩個視頻輸入口和一個視頻輸出口。每一個輸入口都支持MPEG-2傳輸通道接口(TCI)或者ITU-RBT.601/656信號格式。輸出口支持ITU-R BT.601/656兼容信號。更讓人稱奇的是,這幾個視頻輸入輸出口還可以作為通用的數據傳輸端口。

在TCI接口模式下,視頻輸入接口可以按串行或者并行方式輸入MPEG-2視頻數據包。默認情況下,串行數據在tci_data[0]輸入,并行數據在tci_data[7:0]輸入,TCI接口能智能判斷輸入數據包中的同步位,或者利用外部的tci_cync信號同步輸入數據。一旦檢測到同步信號,MAP-CA就會把數據送到片內的存儲器中。

對于ITU-RB RT.601/656的輸入信號,外部只需另接一個視頻編碼器(如Philips公司的SAA7111A芯片)就可把NTSC/PAL制式的信號轉換成ITU-R BT.656信號,解碼器還可以用系統自帶的I2C總線來控制。視頻輸入輸出接口支持單獨的H/V同步(ITU-R BT.601)或者內嵌同步信號(ITU-R BT.656)信號,可以無縫地實現與NTSC/PAL視頻編碼器的接口。同樣可以采用系統自帶ITU-R BT.656的I2C總線來控制NTSC/PAL視頻編碼器。

作為通用數據傳輸端口(GPDP)時,可以像普通的數據端口一樣,進行8位數據的并行輸入輸出。再加上一個時鐘和一對握手信號,這個接口提供了多個MAP信號處理器連接的另一種實現方式。這個數據端口支持的最高數據傳輸率可以高達60Mbps。

2.2 音頻輸入輸出接口

MAP-CA支持多種音頻接口格式。它有一個IEC958音頻接口和一個I2S接口。其中IEC958音頻接口支持索尼、飛利浦數字接口S/PDIF、AES/EBU接口、TOSLINK接口。I2S接口主要用在家庭影院中高質量的音頻D/A轉換器上,MAP-CA的I2S接口符合標準的串行協議,最多可以接3個立體聲DAC和一個DAC,支持48kHz、44.1kHz和32kHz的音頻采樣頻率。該接口還支持主、從兩種工作模式。

2.3 PCI總線接口

MAP-CA的PCI總線接口與PCI 2.1規范完全兼容,最高數據傳輸率高達66Mbps。PCI接口中的配置寄存器在芯片上電時由ROM控制其初始化。MAP-CA的PCI接口作為PCI總線的目標設備時,通過PCI接口可以訪問MAP-CA內部的SDRAM,還可以訪問一些相對程序員透明的控制寄存器、PIO空間等。作為PCI主控器,PCI接口可以用超長指令字內核(VLIW core)、協處理器來初始化PCI總線請求,還可以發起內存、I/O和配置命令。MAP-CA可以作為PCI總線上的主機。它有三對申請/應答信號線,使得在多處理器系統應用中最多可以有4個MAP-CA同時接到PCI總線上而不需要任何中間轉接裝置。MAP-CA是一個單一3.3V供電的器件,如果在5V PCI總線結構系統中使用,需要一個3.3V~5V的電平轉換芯片即可。

2.4 SDRAM接口

SDRAM接口控制單元最多允許用戶外接128MB的SDRAM,而不需要任何外部邏輯。外部的PCI主設備還可以通過PCI接口單元的地址譯碼單元來訪問SDRAM。存儲控制接口還包括一個可編程硬件單元,可以實現數據從存儲器到存儲器、從存儲器到高速緩存的傳送、排隊等操作。片內的鎖相環產生存儲控制單元的時鐘信號,并利用這個時鐘實現MAP-CA與SDRAM的同步,極大地方便了CPU核與各種速度不同的存儲器的匹配。

2.5 顯示刷新控制器接口

顯示控制器接口(Display Refresh Control,DRC)里有很多高檔的圖形顯示技術,復雜視頻混合、2D圖像混合、導航服務都在顯示硬件接口里得到了很好的實現。該接口還支持色彩空間轉換、圖形γ校正,輸出的格式有YcbCr和RGB兩種。DRC支持的最大分辨率是1280×1024。當時鐘頻率達到108MHz時,可以支持16位象素格式。

2.6 I2C接口單元

I2C總線是Philips公司開發的一種串行通信總線。它利用兩根雙向的(數據經SDA、時鐘線SCL)實現器件與器件之間(IC與IC之間,簡稱I2C:integrated-circuit interface circuit)的串行通信。MAP-CA既可以作為I2C總線上的主機,又可以作為從機來與外部I2C總線設備交換地址數據信息。與一般的I2C接口不同的是,MAP-CA還附加一條選擇輸出線iic_select,可以通過軟件來控制外部的復用電路或者電平轉換器,使這個接口可以選擇是否作為I2C總線來使用。這條選擇輸出線還可以作為普通輸出線來使用。

    2.7 ROM控制器接口

ROM控制器接口單元(ROMCON)有以下四種不同的功能:

·作為MAP-CA的配置和啟動電路的接口,在系統啟動時讀取系統配置并啟動程序。

·作為FLASH ROM接口,控制片外FLASH ROM的讀寫操作。

·作為中斷控制和仲裁邏輯,控制軟件和硬件產生的VLIW核及PCI總線中斷的使能、設置和清除。

·作為內部可編程寄存器的訪問接口,可以實現對內部可編程寄存器的訪問。

2.8 JTAG接口

MAP-CA支持標準的IEEE 1149.1邊界掃描測試端口,可以很方便地實現在線調試。當沒有使用JTAG接口時,應將TCK和TRST管腳接地。

3 軟件開發

MAP-CA可以完全用C語言編程,不需要任何低級語言。為此,赤道技術公司提供了一套名叫iMMediaTools的軟件開發包,其中包括一個優化的并行C語言編譯器、FIRtree媒體本質擴展C語言、匯編器、連接器、源代碼調試器、兩個虛擬機仿真器和分類的庫函數。為了方便視頻圖像的處理,Equator公司特別提供了一系列用于視頻處理的媒體庫參考源代碼軟件包,包括常用的MPEG-2編碼和解碼???、MPEG-4編碼和解碼???,H.268+編碼和解碼軟件??橐約癕PEG音頻編解碼???。

3.1 C編譯器

MAP-CA開發系統包括帶有FIRtree媒體本質擴展C語言的iMedial C編譯器。FIRtree是專門的單指令多數據流形式的高速媒體處理擴展語言。這個C編譯器運用了大量的優化和全局配置技術,把涉及硬件的操作留給編譯器完成轉換,從而使編程人員不需要使用費時費力的匯編語言就可以完全發揮硬件的全部性能。

使用C語言編程可以節省開發費用、加快產品開發的周期、降低系統成本、減少維護時間,而且十分方便軟件的升級。整個編譯器使用一系列復雜的內嵌擴展、定義和頻率跟蹤算法,更好地實現了代碼的高效性。而相對編程人員來說,面對的還是熟悉的集成開發環境對編程人員來說,面對的還是熟悉的集成開環境(IDE)。在這個集成開發環境中,可以進行編程、檢查、測試、裝配和連接源程序代碼。

3.2 FIRtree媒體本質語言

FIRtree媒體本質擴展C語言一次從數據存儲器中讀取128位字的數據。這個128位字的數據中可以包括很多32位或者64位的操作數,它只需要兩個額外的寄存器來存儲立即數,即可同時并行執行這些數據單元中的指令。

3.3 庫函數

iMMediaTools軟件開發包提供了標準的C語言運行庫和專門支持MAP-CA處理器內部資源(數據流容器和可變長度編碼協處理器等)的函數庫包。

4 應用實例

在一個實際系統中,MAP-CA寬帶信號處理器可以有主模式和非主模式兩種。主模式中,MAP-CA作為系統PCI總線上的主機,控制外圍器件,組成一個獨立的系統。非主模式通常把整個應用系統作為PC機的一個通用PCI插卡,PC主機可以運行WINDOWS NT、WINDOWS 2000或者RED HAT LINUX等操作系統。為了方便應用,這里給出了個通用的接口模式,是非主模式的情況,可以滿足大部分系統的需要。用MAP-CA寬帶信號處理器設計一個視頻信號處理卡,原理框圖如圖2所示。輸入的模擬視頻信號(S-Video或者CVBS)經過視頻編碼器SAA7111A進行模數轉換和數據格式處理后,得到標準的ITU-R BT.656格式的數字視頻流送給MAP-CA處理,通過Equator公司強大的軟件支持,可以實現視頻的各種操作,如MPEG-2、MPEG-4壓縮處理等。ITU-R BT.656格式輸出的視頻信號可以通過Philips公司的視頻編碼器SAA7121進行數模轉換和格式變換,變成符合國際標準的NTSC/PAL制式的S-VIDEO電視信號的輸出。另外還有一個SVGA兼容的RGB輸出端口,可以直接與計算機顯示器相連接。音頻輸入信號IIS輸入輸出總線經過音頻數模轉換器CS4334和模數轉換器CS5331A與外部的音頻信號連接。另外系統外接27MHz的壓控晶體振器,作為音頻與視頻編碼時的同步時鐘;4MB的FLASH ROM存儲器作為系統的啟動電路和非易失存儲器;還接有128MB的PC133 SO-DIMM SDRAM內存,作為系統程序運行和變量存儲的地方。 
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