[发明专利]基于RISC v自定义指令集拓展的音频降噪加速器系统、方法

权利要求书

1.一种基于RISC v自定义指令集拓展的音频降噪加速器系统，其特征在于，包括：E203_CORE、NICE_CORE、NICE_Interface、E203_SOC、音频编解码WM8731模块、音频降噪FxLMS算法，E203_CORE为蜂鸟E203开源处理器内核，NICE_CORE我自定义协处理器，NICE_Interface为主处理器与协处理器之间的接口电路，E203_SOC为以E203为内核搭建的片上系统，其中，所述E203_CORE通过NICE_Interface与NICE_CORE相连接，E203_CORE、NICE_CORE与相关外设端口一同组成E203_SOC，E203_SOC与音频编解码WM8731模块相连接，音频降噪FxLMS算法通过软件编程下载到RISC v处理器核内运行；通过片外Flash存储器保存可执行文件，系统启动之后，首先E203_CORE进行初始化，然后根据指令顺序执行访问外设总线上的IIC接口电路，首先通过IIC接口电路配置音频编解码模块WM8731，其后，通过参考麦克风采集声音信号和目标噪声叠加之后的声源信号，通过误差麦克风采集到残余噪声，将采集到的声源信号和残余噪声经过WM8731模块的Audio_data_rx，通过WM8731模块内置的ADC转换模块，将模拟信号转变成数字信号，之后通过WM8731模块内置的数字滤波器模块进行滤波处理，把滤波之后的数字信号通过IIS接口电路传输到外设总线上，然后根据指令从外设总线上获取滤波后的数字信号并传输至E203_CORE内按照FxLMS算法的软件实现流程进行处理，其中在处理乘积累加运算和卷积运算的时候，将被E230_CORE中的译码部分检测出为自定义指令，E203_CORE则通过NICE_Interface将自定义指令和源操作数传递给NICE_CORE进行特定运算部分的加速，其中乘积累加运算将会调用Mac指令电路，卷积运算则会调用Conv指令电路，之后又根据指令执行将处理之后的数字信号传输至外设总线，将经过FxLMS算法降噪处理之后的数字信号进行输出，再通过IIS外设接口电路传输至WM8731音频编解码模块中进行DAC转换，将处理之后的数字信号转变成模拟信号，通过Audio_data_tx传输至次级声源得到反相噪声，最后得到的反相噪声与目标噪声干涉相消，从而进行音频的主动降噪，实现音频降噪系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于RISC v自定义指令集拓展的音频降噪加速器系统，其特征在于，所述E203_SOC由E203_CORE、NICE_CORE、ICB_APB、UART串口、IIC接口及IIS接口组成；其中，E203_CORE为处理器核用于运行指令并按照顺序执行指令，同时根据指令内容控制相应的模块对数据信息进行处理，在E203_CORE中的执行单元EXU的通用寄存器Reg则将协处理器传回的处理后的数据进行保存，在E203_CORE中的访存控制单元LSU中的数据紧耦合器DTCM则是提供源寄存器索引对应的数据传递给协处理器，使自定义指令能够进行数据的读写访问，NICE_Interface用于E203_CORE与NICE_CORE之间通信传输，NICE_CORE用于对处理器核中传来的数据进行加速处理，通过NICE_Interface获取到自定义指令，然后通过译码Decode寻找到对应的自定义指令，指令即Lbuf、Sbuf、Conv、Mac，然后根据相应指令的功能进行数据访问存储或者数据处理并进行写回，其中Lbuf指令则是进行数据的加载过程，从LSU中的DTCM中进行数据的获取并将其存储到Buf，Sbuf指令则是进行数据存储过程，将Buf中的数据存储回到LSU中的DTCM中，Conv指令则是从Buf中获取权值系数和输入信号进行卷积运算，并将得到的运算结果写回至EXU中的Reg，Mac指令则是从Buf获取权值系数和误差分量进行乘积累加运算，并将运算结果暂存至Buf，待运算结束之后将整个结果写回至EXU中的Reg，整个过程则是由一个有限状态机FSM进行状态转移的控制，ICB_APB则用于处理器核与各个外设接口之间的通信传输，UART串口用于把ADCDATA和DACDATA传输至上位机进行保存，便于用MATLAB对数据进行分析，IIC接口用于处理器核对音频编解码WM8731模块进行寄存器的配置，及IIS接口用于处理器核与音频编解码WM8731模块之间的数据传输。