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使用可编程逻辑进行高效且有效的 DSP 设计

关键词:可编程逻辑 DSP 设计

时间:2023-07-18 12:05:37      来源:网络

IP 语音 (VoIP) 已成为有线和无线电信设备制造商增长快的应用之一。VoIP 不仅为终用户提供了经济实惠的语音通话接入,而且还使媒体网关设计人员能够设计出满足多种不同目的的设备——这种情况通常会给双方带来成本效益。

IP 语音 (VoIP) 已成为有线和无线电信设备制造商增长快的应用之一。VoIP 不仅为终用户提供了经济实惠的语音通话接入,而且还使媒体网关设计人员能够设计出满足多种不同目的的设备——这种情况通常会给双方带来成本效益。

如果是网络电话、 然而,事实恰恰相反。随着 VoIP 获得越来越多的认可,设备制造商的利润率因应用程序的竞争性质以及设计 IPPBX 和网络的高成本而被化。多服务访问节点 (MSAN)在许多不同的通道密度下。工程成本不断上升,产品价格不断下降。

尽管许多公司已经设计了专有的硬件/软件媒体网关解决方案,但他们必须做出妥协才能提供具有成本竞争力的产品。因此,大多数 VoIP 功能目前使用 DSP 技术来提供,但也面临着一系列新的挑战。

作为媒体网关或网络电话交换机设计师们面临着一项艰巨的任务,即在时间敏感、不断变化的环境中将具有成本效益的产品推向市场,高科技的困境随之而来:性能与功能。DSP技术的主要问题是找到性能和接口的完美平衡。

例如,设计人员经常发现,只有市场上非常高端的 DSP 才能支持他们复杂的应用/接口,包括SGMII 以太网或快速IO。

因此,当需要在大型系统中互连这些 DSP 时,通常会使用现场可编程门阵列 (FPGA) 将设备粘合在一起并执行诸如数据包传输背压或数据包分类等功能。这就是可编程逻辑进入硬件设计的地方。

应用程序可移植性是使用可编程逻辑的 DSP 的关键价值之一。相同的底层媒体处理技术可以在多种应用领域实现性能结果,例如:

– 大型媒体网关
– IP PBX
– HMP 媒体服务器卸载
– MSAN / 接入设备

尽管所有 VoIP 应用程序的基本功能集可能相同,需要相同的编解码器和语音质量功能列表,但每个应用程序所需的接口可能完全不同。

例如,专为基于主机的媒体处理 (HMP) 卸载而设计的 PCI 卡需要一个PCI Express 接口,而 aMSAN 可能需要一个轻量级接口来连接以太网 PHY 和T1/E1 帧器,以及板上各种组件的大量粘合逻辑。

对于设计人员而言,DSP 的优点之一是其固有的能力,可以使解决方案变得,而不是现成的、一招多用的小马。这种技术灵活性使设计人员能够探索更具成本效益的做事方式,但他们通常可以发现他们受到 DSP 支持的限制。

这就是可编程逻辑“FPGA”提供额外增强功能的地方。例如,在 IP PBX 中,USB(而不是以太网)是低成本系统的理想互连方式。

USB 集线器设备不仅在设计上可热插拔,而且比以太网交换机更便宜、更简单,这意味着系统的基本成本更低。此外,随着系统的发展,“尤其是基于刀片的系统,增量成本会降低,因为对于添加到系统中的每个处理刀片,都可以使用带有 USB 接口的非常简单、低成本的 RISC 处理器。

遗憾的是,提供给 VoIP 网关市场的大多数 DSP 不提供 USB 支持,使设计人员只能采用高成本的产品模型。令人高兴的是 FPGA 供应商为此类接口提供了 IP 内核,从而允许更新、成本更低的创新。

在完美的世界中,媒体网关设计人员将能够准确获得所需的接口,而无需购买功能齐全的 DSP 所需的成本和副作用。但如今,大多数高端 DSP 都具有多个高速接口(其中许多是不需要的),并且具有非常大的封装和非常多的引脚数。

这些大型封装是密集球栅阵列 (BGA),价格昂贵,并且需要具有大量层的印刷电路板 (PCB),这些都会导致设计延迟。

尽管一些制造商尝试将 FPGA 与 DSP 结合起来以实现设计涅槃——特别是在 DSP 接口被认为不足或需要定制的情况下——但这种解决方案可能有点过头了。它增加了不必要的成本和电路板空间,只是为了纠正 DSP 中的缺陷。

将可编程逻辑(FPGA)添加到全功能 DSP 的方法是让每个设备发挥其擅长的作用。在该方法中,DSP仅充当DSP。

物理封装包含高性能、多核器件,并使用单个存储器接口与 FPGA 进行通信(下图 1)。在这种情况下,DSP 内部的接口没有任何承载成本,从而将面积和功耗保持在限度。

DSP 供应商为每个主要应用提供交钥匙 FPGA 设计,然后可以根据需要由 OEM 进行定制。所使用的 FPGA 可以是高端器件,也可以是非常小的低成本器件,具体取决于目标应用。


图 1:连接 DSP 和 FPGA 的单个存储器接口

在成本敏感、时间紧迫的市场中,FPGA/DSP 方法的优势是其灵活性。如有必要,FPGA 可以在现场重新编程。此外,FPGA 始终是每个新工艺节点发布的器件之一。

因此,它们始终支持具有功耗性能的 I/O 技术。随着互连标准的不断发展,可以非常快速地将设计重新定位到的结构,无论是 PCI Express、RapidIO 还是专有接口。

当设计人员评估新产品时,重要的是要考虑解决方案的总成本,而不是真空地总结每个设备的成本。DSP 和 FPGA 相结合的方法可节省许多成本。例如,有多种可用的以太网标准:MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII等。

在决定如何将多个 VoIP DSP 互连在一起时,硬件设计人员可以从大量以太网交换机 IC 中进行选择,或者考虑 FPGA 解决方案。如果某个以太网交换机提供了理想的价格点,但不支持DSP提供的接口,那么必须使用更昂贵的交换机。

成本节省可以进一步扩展到电气接口之外。例如,许多大型 OEM 使用专有标头或标志来帮助对数据包流量进行分类。

使用 FPGA 前端,这变得微不足道,并且可以通过从 DSP 卸载某些任务来大大提高性能。这种类型的标头操作由 FPGA 在硬件中完成。这提供了确定性的性能,并将设计控制权掌握在 OEM 手中。

媒体网关 DSP 通常包含一个 TDM 接口,该接口连接到时隙交换器 (TSI) 或 T1/E1 成帧器。通常,DSP 和这些基于 TDM 的设备或 TDM 背板之间已经存在 FPGA。

目前使用 FPGA 是因为需要定制逻辑,或者是因为 FPGA 提供更可靠的 I/O,可以承受背板上常见的高压尖峰。这些 FPGA 任务现在可以合并到前端 FPGA 中,从而节省更多资金和电路板面积。

媒体网关应用正在以前所未有的速度出现。目前正在开发的 VoIP 产品可能需要在几个月内适应视频应用。其他应用“例如无线”也即将出现。

因此,使用 FPGA 前端的另一个主要优势是让每天都面临着想象未来任务的设计人??员的生活变得更加轻松。

当今的 DSP 制造商发布的产品具有针对细分市场的特定应用的功能集和接口。因此,很容易找到可以充当通用 TDM 到 VoIP 网关的 DSP。

然而,如果设计人员面临构建高性能网真视频 IP 会议单元的挑战,那么 DSP 的选择就非常有限。

在 DSP 之间传递压缩或未压缩视频流所需的带宽量是巨大的。为这个市场或任何其他新兴市场寻找具有正确接口的 DSP 相当困难且成本高昂。

借助允许访问 I/O 技术以及符合标准的 IP 模块的 FPGA 前端,设计人员可以灵活地选择正确的接口,而无需更改 DSP 软件。在拥有大型 FPGA 团队的组织中,设计人员可能会选择开发专用接口来满足当今客户的需求并提供竞争优势。

价格压力增加和设计周期缩短等挑战继续困扰着媒体网关设计人员。然而,使用与 FPGA 紧密耦合的 DSP 的设计人员能够准确获得所需的接口,而无需增加成本或调试无用的 I/O 组。

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