以可編程DSP架構(gòu)應(yīng)對(duì)TD和TD-LTE帶來(lái)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

中國(guó)作為目前世界上最大的移動(dòng)市場(chǎng)，對(duì)移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，希望制定不同于歐美國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。即目前的3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA以及未來(lái)的4G標(biāo)準(zhǔn)TD-LTE。

2006年初，中國(guó)政府宣布TD-SCDMA正式成為中國(guó)的3G移動(dòng)通訊標(biāo)準(zhǔn)。2009年，世界最大的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)宣布將提供基于TD-SCDMA 為標(biāo)準(zhǔn)的3G服務(wù)，同時(shí)，中國(guó)聯(lián)通以及中國(guó)電信分別將推出以WCDMA以及CDMA-2000標(biāo)準(zhǔn)的3G服務(wù)。這意味著，中國(guó)在接下來(lái)的時(shí)間將會(huì)同時(shí)存在 3種不同的3G網(wǎng)絡(luò)。

顯而易見(jiàn)的是，中國(guó)3G服務(wù)的啟動(dòng)要大大晚于歐美國(guó)家。中國(guó)移動(dòng)意識(shí)到不可能只依靠TD-SCDMA來(lái)確保其目前領(lǐng)先的地位，因此，中國(guó)移動(dòng)在啟動(dòng)TD-SCDMA的同時(shí)已經(jīng)把目光投向未來(lái)的4G標(biāo)準(zhǔn)LTE。所以，中國(guó)移動(dòng)也有可能盡快跳過(guò)3G進(jìn)而演進(jìn)到LTE。

基于目前的情況，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)哪一種標(biāo)準(zhǔn)會(huì)在未來(lái)的中國(guó)移動(dòng)市場(chǎng)占主導(dǎo)地位。所以，作為終端基帶芯片供應(yīng)商目前面臨非常困難的選擇。如果只是針對(duì)某一種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，有可能會(huì)賭錯(cuò)標(biāo)準(zhǔn)。而如果去設(shè)計(jì)支持多標(biāo)準(zhǔn)的基帶，傳統(tǒng)的以硬件加速器為主的基帶設(shè)計(jì)方式會(huì)大大增加開(kāi)發(fā)的難度、成本、風(fēng)險(xiǎn)并且缺乏足夠的靈活性。這種情況之下，工程師自然而然會(huì)去尋找可編程的解決方案，這樣既可以提供足夠的靈活性同時(shí)還能縮短多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的時(shí)間。

無(wú)線基帶設(shè)計(jì)的不同方式

通常無(wú)線基帶的設(shè)計(jì)有如下三種方式：

#8226; 傳統(tǒng)的硬件方式 – 基帶全部由硬件實(shí)現(xiàn)。這種方式基本上能讓第一款芯片很快的推向市場(chǎng)。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)能確保最低的功耗。然而，基于這種方式設(shè)計(jì)出來(lái)的芯片完全沒(méi)有靈活性并且很難升級(jí)以支持后續(xù)的產(chǎn)品。

#8226; 軟件無(wú)線電方式 – 完全軟基帶方式實(shí)現(xiàn)， 同一顆芯片可以以軟件方式同時(shí)支持多個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)。這種方式只需要切換軟件就可以支持不同的標(biāo)準(zhǔn)，完全不需要改變芯片的設(shè)計(jì)。然而，這個(gè)方式的主要問(wèn)題在于可編程引擎設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，以及相對(duì)硬件方式會(huì)有較高的功耗。

#8226; 混合方式 – DSP加上硬件加速器。這樣基帶需要靈活性的處理部分可以用軟件的方式實(shí)現(xiàn)在DSP上，其余的計(jì)算密集并且相對(duì)固定的處理部分，比如FFT可以硬件加速器的方式實(shí)現(xiàn)。

考慮到純硬件方式設(shè)計(jì)帶來(lái)的高風(fēng)險(xiǎn)， 本文接下來(lái)主要討論另外兩種可編程的基帶設(shè)計(jì)方式。

圖1 CEVA-XC框圖

圖2 CEVA-X1641框圖

基于CEVA-XC的軟件無(wú)線電設(shè)計(jì)方式

CEVA-XC是一款針對(duì)最先進(jìn)的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的高性能通訊處理器(框圖見(jiàn)圖1)。基于CEVA-X體系構(gòu)建的CEVA-XC可以完全以軟件方式支持 多個(gè)先進(jìn)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，其中包括目前最復(fù)雜的4G標(biāo)準(zhǔn) LTE Cat.5以及WiMAX II (IEEE 802.16m)，以及 3G和3.5G。 這個(gè)創(chuàng)新的處理器能夠以純軟基帶方式同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

一個(gè)CEVA-XC可以軟件方式同時(shí)支持多個(gè)不同的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，這樣就完全不需要針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的硬件加速器。因此，可以降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗以及面積。

CEVA-XC架構(gòu)可包含1、2或者4個(gè)向量處理器。每個(gè)向量處理器是一個(gè)3發(fā)射，可以處理256位寬數(shù)據(jù)的單指令多數(shù)據(jù) (SIMD) 引擎。 其中包含16個(gè)MAC單元、算數(shù)、邏輯以及移位單元。CEVA-XC的指令集可以處理應(yīng)對(duì)4G基帶的處理要求，比如matrix processing、MIMO detectors、complex filtering、data permutations 以及位處理。

基于CEVA-X1641的混合式基帶設(shè)計(jì)方式

CEVA-X 代表一系列通用高性能DSP處理器，被廣泛應(yīng)用于無(wú)線基帶應(yīng)用，并且已經(jīng)量產(chǎn)于多個(gè)基帶芯片供應(yīng)商的產(chǎn)品中。

CEVA-X是基于超長(zhǎng)指令字 (VLIW) 以及單指令多數(shù)據(jù) (SIMD) 的架構(gòu)。VLIW可以讓多條指令同時(shí)執(zhí)行確保高度的指令級(jí)并行同時(shí)保證低功耗。CEVA-X架構(gòu)對(duì)C語(yǔ)言有很好的支持，這樣可以幫助開(kāi)發(fā)者大大降低開(kāi)發(fā)成本以及縮短上市時(shí)間。

CEVA-X1641是CEVA-X家族里面的一個(gè)成員(框圖見(jiàn)圖2)。它擁有4個(gè)16位寬的MAC。CEVA-X1641在65nm工藝的最壞情況下可以達(dá)到700MHz的運(yùn)行頻率。

CEVA-X1641作為高性能且易于編程的DSP，可以讓設(shè)計(jì)人員對(duì)他們的終端基帶SOC設(shè)計(jì)靈活的進(jìn)行軟硬件劃分。不同的基帶客戶(hù)在他們的設(shè)計(jì)里面使 用不同的軟硬件劃分方式以及單個(gè)DSP核或者多個(gè)DSP核。此外還可以保證客戶(hù)的軟件投資以及在未來(lái)演進(jìn)產(chǎn)品中的軟件復(fù)用。目前，多個(gè)CEVA客戶(hù)正在使 用CEVA-X1641設(shè)計(jì)他們的4G無(wú)線基帶。

結(jié)論

正是因?yàn)槲磥?lái)中國(guó)無(wú)線市場(chǎng)多標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)，所以有必要使用同一個(gè)平臺(tái)來(lái)支持多個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)。不論是基于軟件無(wú)線電的純軟基帶方式還是混合型的可編程方式都能提供足夠的靈活性來(lái)滿足重復(fù)使用以及快速上市的需求。

長(zhǎng)期以來(lái)，無(wú)線基帶市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者已經(jīng)明確可編程是無(wú)線基帶發(fā)展的方向。文中討論的2款CEVA DSP核，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)授權(quán)客戶(hù)對(duì)芯片架構(gòu)以及靈活性的不同需求提供合適的解決方案。