[发明专利]双处理器复域浮点数字信号处理片上系统

说明书

技术领域

本发明涉及多处理器系统，尤其涉及适用于具有复域浮点计算功能的数字信号处理片上系统。

背景技术

以数字处理系统解决控制和计算问题的应用正在迅速发展。片上系统(SoC)集成的进步使到有可能发展更多种新的工业和消费类产品和功能。最好的例子为一移动电话。这些设备一般都采用一数字信号处理器(DSP)将通过一模数转换器得到的语音数据编码成适于在一移动网路上传输的二进制数据流。数字信号处理器运算以定点表示法表示的数据。DSP可以是一分离的集成电路，也可以是一SoC中的一个元件，而另一个可能一般是一可为电话提供其它控制和功能的微处理器内核。

将微处理器和DSP单元以可变的数量组合在一起是可行的。例如，在ErnoSalminen等人所发表的题为“Interfacing Multiple Processors in a System-on-ChipVideo Encoder”的期刊出版物中，叙述了一种实现一与两个定点DSP内核连接的RISC处理器内核的SoC。

尽管组合一微处理器和一或多个定点DSP单元的SoC对于许多应用是十分有用的，但是它们也存在着一些局限。

首先，SoC DSP缺乏浮点功能，限制了这些系统的算法发展以及适用性。许多有用和著名的算法较为容易算法移植到使用一浮点数字表示法的DSP。其中一个例子为矩阵求逆，这是数值分析中的一个关键部分。如果数据采用浮点格式来表示，则这种算法以及许多其它算法就可以一更直接和更简单的方式移植。现有技术都未能意识到这种可能。例如，授予Gove等人的美国专利6,260,088在第16列第4-36行中揭示了一种组合一RISC处理器和一DSP的SoC可较佳地在RISC处理器上实现浮点运算，并限制DSP进行定点运算，在第13-14行中还阐述了“...低等级的处理器不需要浮点运算...”。

其次，尽管本领域业已知道有分离的浮点DSP，但其表示的数据的精度有限，一般为32位。业内的技术人员都会意识到分配给浮点数集的尾数和指数的位将限制可表示的数据的精度和动态范围。许多理想的应用要求的数据处理超出一典型32位浮点表示法的精度和动态范围，其中24位分配给尾数和8位分配给指数。这可能包括诸如一嵌入在96dB(16位)信号中的132dB(22位)瞬时脉冲的分析和复制。这类情况时常会在声音渐增之后的交响乐起奏中遇到，或者在电影中的枪炮声模拟、仿真模拟或视频游戏声道中遇到。来自噪声环境中的数据的诊断和分析也会出现这类情况。

第三，现有技术中所熟知的浮点DSP不能提供专用汇编指令以对复数作单周期计算。在频域算法、时域-频域分析以及频域-空间波数算法中都时常会遇到复域计算。众所周知的快速傅里叶变换(FFT)就是籍助于复代数来定义的，并且复域汇编指令的功能也使得DSP能够为FFT提供本质上的支持，从而极大地方便了音频、无线电或者超声波处理的应用。现有技术集中于将复数以整数表示的FFT算法。例如，在授予Lim等人的美国专利6,317,770的第12列的第50-55行中揭示了“...根据本发明的DSP...从而能够以高速进行定点和整数运算并且能够简化电路的结构”。业内的技术人员应该意识到，对于在编译器和硅层次上开发指令级的并行操作和对于DSP应用内核来说，浮点复数运算法则具有适当的粒度。

克服具有高处理速度的系统中的上述这些限制能够改善SoC信号处理的性能或者将SoC信号处理扩展到下列应用：

结合多个麦克风，回音消除以及音频波束成形的免提电话；

具有更高诊断图像质量的超声波图像扫描仪；

适用于家用、车用和影院的自适应声音均衡以产生特定环境的预均衡和预混响；以及，

基于耳蜗的实时模拟来改善助听器和耳朵假体。

这就需要一种完备的结合浮点数据表示法、扩展精度和复域算法与自适应控制和系统连接功能的的信号处理平台。

发明内容

本发明已经实现了为上述特殊应用的优化提供信号处理功能，通过组合微处理器内核和超长指令字(VLIW)的数字信号处理器(DSP)，使之具有复域扩展精度的浮点计算功能。一个实施例是由采用异构处理器内核的片上系统(SoC)所构成，在该系统中，两个处理器内核即可以作为主内核也可作为从内核，或者两个内核可以同时和独立地工作。DSP内核的1.6M位的程序和数据内核存储器都是映射成控制器的系统总线上的存储器。直接存储器存取(DMA)和SoC系统总线基于专用双端口缓存器与内核并行激励运行。