3G與超3G：利用多核處理器優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)卓越3G、WiMAX 及LTE性能

　　優(yōu)先化與平衡

　　當(dāng)今的 SoC 一般是多內(nèi)核 DSP，采用必須進(jìn)行互操作和同步化的獨(dú)立 IP 模塊，以實(shí)現(xiàn)單個(gè)完整的調(diào)制解調(diào)器功能。這種架構(gòu)需要采取某種方式對(duì)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先排序，然后將它們映射到多內(nèi)核環(huán)境。

　　最簡(jiǎn)便的選擇是在 DSP 內(nèi)核之間分配用戶，以使每個(gè)內(nèi)核都能維護(hù)其自己的隊(duì)列。但是這樣做存在兩個(gè)缺點(diǎn)。第一個(gè)缺點(diǎn)是，所有用戶可能需要共享某些功能，如過濾與解調(diào)等；第二個(gè)缺點(diǎn)是，某些功能可能需要共享協(xié)處理器或外設(shè)，因而它們不具備完全的獨(dú)立性。因此，優(yōu)先隊(duì)列集合之間的交互會(huì)變得很復(fù)雜，從而很難保證實(shí)時(shí)性能。此外，協(xié)處理器與外設(shè)也變得更為復(fù)雜，因?yàn)樗鼈儽仨氈С侄鄠€(gè)內(nèi)核的訪問，從而必須決定哪個(gè)內(nèi)核的任務(wù)優(yōu)先。所有這些都會(huì)增加硬件與軟件驅(qū)動(dòng)程序的復(fù)雜性，并使最終系統(tǒng)的測(cè)試變得難度更大，也更耗時(shí)。

　　為了避免上述缺點(diǎn)，TCI6488 采取了不同的方案：為單個(gè)內(nèi)核分配一個(gè)功能任務(wù)，這樣每個(gè)內(nèi)核都負(fù)責(zé)唯一一組功能。一般情況下，每個(gè)負(fù)責(zé)加速特定功能類型的協(xié)處理器都與單個(gè)內(nèi)核相關(guān)聯(lián)。這種方案可以顯著簡(jiǎn)化協(xié)處理器執(zhí)行的任務(wù)排序。外設(shè)在許多情況下也與單個(gè)內(nèi)核通信，從而減少驗(yàn)證任務(wù)是否需要數(shù)據(jù)所做的測(cè)試。

　　由于 DSP 可用于實(shí)現(xiàn)各種功能，TCI6488 SoC的設(shè)計(jì)在必要時(shí)均具有高度的對(duì)稱性。例如，TCI6488 中的所有內(nèi)核都可以訪問接收機(jī)加速器協(xié)處理器 （RAC）。這種設(shè)計(jì)允許在所有內(nèi)核中運(yùn)行相同的功能，同時(shí)在需要時(shí)仍然能為所有內(nèi)核提供對(duì)所有協(xié)處理器和外設(shè)資源的訪問。不過，建議系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員讓一個(gè)內(nèi)核與 TCI6488 DSP 中的 RAC 交互，以便簡(jiǎn)化器件的操作。

　　通過在多個(gè)內(nèi)核之間實(shí)現(xiàn)資源負(fù)載平衡，根據(jù)適用于每個(gè)任務(wù)的代碼，單個(gè)內(nèi)核有可能先于其他內(nèi)核達(dá)到自己的最高容量。解決方法是進(jìn)行重新分組，這是一種需要完全改變軟件架構(gòu)的做法，同時(shí)也是完成 DSP 測(cè)試后系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員極力避免的步驟。由于軟件無線電廣播 （SDR） 方法與工具的不斷發(fā)展，軟件分組工作可得到顯著簡(jiǎn)化。

　　TCI6488 等 DSP 已經(jīng)采用代碼周期估算、電子數(shù)據(jù)表和事務(wù)級(jí)模型為 WCDMA SoC 開發(fā)被推薦的軟件分組功能。TCI6488 DSP 實(shí)現(xiàn)了這種分組，而且這樣既可提供一個(gè)近乎完美的解決方案，又能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單性：一個(gè) DSP 內(nèi)核控制 RAC，另一個(gè)控制 Turbo 協(xié)處理器 （TCP） 與 ViterBi 協(xié)處理器，而由第三個(gè)執(zhí)行發(fā)射碼片速率加速以及與天線陣列接口的輸出通信。

　　對(duì)于其他標(biāo)準(zhǔn)（如不采用 RAC 的基于 OFDM 的標(biāo)準(zhǔn)），更易于開發(fā)對(duì)稱軟件架構(gòu)。在這些情況下將難題分組變得更為簡(jiǎn)單，因此 FFT/IFFT 和部分調(diào)制及解調(diào)由一個(gè)內(nèi)核執(zhí)行，其結(jié)果被發(fā)送到另一個(gè)內(nèi)核進(jìn)行符號(hào)率處理。這種方法可以簡(jiǎn)化天線接口或串行 RapidIO（如果天線數(shù)據(jù)采用此類接口）與負(fù)責(zé)處理前端的其他 DSP 內(nèi)核之間的通信。另外，它還可以簡(jiǎn)化后端符號(hào)速率處理及其與以太網(wǎng)或串行 RapidIO 外設(shè)的通信。

　　事實(shí)上，OFDMA 調(diào)制是針對(duì)所有用戶聯(lián)合執(zhí)行的，無法完全分配到不同 DSP 內(nèi)核。因此，作者認(rèn)為，軟件架構(gòu)的簡(jiǎn)單性以及眾多調(diào)制解調(diào)器算法的性質(zhì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員分組任務(wù)、進(jìn)而造成軟件在各種 DSP 內(nèi)核之間不對(duì)稱的部分主要原因。

　　在多個(gè)SoC 之間實(shí)現(xiàn)資源平衡

　　另一個(gè)問題是每個(gè) SoC 是否應(yīng)當(dāng)具有不同任務(wù)，如一個(gè) SoC 只執(zhí)行符號(hào)速率解碼，而另一個(gè)集中執(zhí)行碼片速率調(diào)制。難點(diǎn)是所有片上協(xié)處理器都無法得到有效利用。

　　例如，僅執(zhí)行符號(hào)速率處理的 TCI6488 器件需要更為強(qiáng)大的功能，因此需要高功率、大尺寸的 Turbo 與 Viterbi 解碼器。但是此解碼器無法用于另一個(gè)只執(zhí)行碼片速率關(guān)聯(lián)的 SoC，因此需要功能強(qiáng)大得多的接收加速器。除非每個(gè)電路板的功能都具有不同的 SoC，否則協(xié)處理器就必須滿足每項(xiàng)功能的最差情況需求。為每組功能都構(gòu)建不同的 SoC 是一種資金浪費(fèi)。

　　專用于特定功能子集的 SoC 同樣也不利于可擴(kuò)展系統(tǒng)。顯然，如果希望提高電路板的通道密度，讓每個(gè) SoC 執(zhí)行相同一組功能，我們只需在電路板中添加更多 SoC.但TCI6488 只需極少的附加硬件即可實(shí)現(xiàn)上述目的。天線接口與串行 RapidIO 都能夠以菊花鏈方式連接，而以太網(wǎng)和 RapidIO 接口可以連接到交換機(jī)。

　　但是，如果不同的 SoC 提供不同的功能，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，用戶數(shù)量基本上必須加倍。如果所需用戶數(shù)量增加 15％，再添加一個(gè) SoC 可將負(fù)責(zé)符號(hào)速率處理的 SoC 的能力提高 15％，但其利用率卻只有 15％。其他 SoC 同樣如此，這使擴(kuò)展后的解決方案效率極低。

　　對(duì)于采用多內(nèi)核、協(xié)處理器加速 SoC 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在電路板級(jí)可擴(kuò)展性最高以及可實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單、最易于測(cè)試軟件的系統(tǒng)架構(gòu)中，SoC 中的每個(gè) DSP 內(nèi)核都執(zhí)行一個(gè)唯一的子集任務(wù)，但是系統(tǒng)中的每個(gè) SoC 都執(zhí)行與其他 SoC 相同的組任務(wù)。TCI6488 可專門適用于 WCDMA/HSPA 網(wǎng)絡(luò)中的這種情況，其側(cè)重采用相同方式高效靈活地支持其他調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)。

　　最終成果是在 3G 或 4G BTS 中采用多內(nèi)核 DSP 來提供獲得成功所需的性能與電源效率組合。但是，并非所有多內(nèi)核 DSP 生來相同，因此，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說，同樣重要的另一個(gè)選擇是由廣泛功能庫和其他工具提供支持的 DSP，以確保降低開發(fā)成本并加速上市進(jìn)程。