數(shù)字電視信源解碼SOC設(shè)計若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、與SOC相關(guān)的研究工作正成為國際設(shè)計自動化領(lǐng)域的熱點，它的研究成果將不僅對IC的發(fā)展起積極的推動作用，更會對整個信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠的影響，芯片和系統(tǒng)的統(tǒng)一在未米是一個不可阻擋的大趨勢。SOC技術(shù)主要包含了三個方面的內(nèi)容：首先是系統(tǒng)設(shè)計方法，對一個復雜的高性能的SOC架構(gòu)應該在不同的架構(gòu)模塊之間進行較好的平衡，以便以合理的代價(面積，功耗，輸入輸出率)提供所需的功能；如何在硬件和軟件設(shè)計中取得平衡，獲得最優(yōu)的設(shè)計結(jié)果也是需要認真探討的。其次

2、是IP核的設(shè)計和使用，IP核的生成絕非是簡單的設(shè)計抽取和整理，它所涉及的設(shè)計思路、時序要求、性能要求等均需要人們重新審視己經(jīng)熟知的設(shè)計方法；IP核的使用也絕不等同于集成電路設(shè)計中的單元庫的使用，它所涉及的內(nèi)容幾乎覆蓋了集成電路設(shè)計中的所有經(jīng)典課題，包括測試、驗證、模擬、低功耗等。第三個內(nèi)容是深亞微米集成電路設(shè)計，對于0.15um或更細線條的時候無法保證現(xiàn)在的設(shè)計思路和布局規(guī)劃和時序驅(qū)動的方法仍然有效.深亞微米集成電路設(shè)計方法的根本性突破

3、是SOC設(shè)計方法學中最具挑戰(zhàn)性的。 本文主要研究如何將第一和第二個方面的，一些設(shè)計技術(shù)應用于數(shù)字電視信源解碼系統(tǒng)中，對基于H.264/AVC的視頻信源解碼SOC的設(shè)計實現(xiàn)進行研究.即有效的系統(tǒng)級設(shè)計空間搜索以及SOC平臺架構(gòu)及軟硬件協(xié)同設(shè)計方法和可重用的解碼器IP核的開發(fā)，敘述圍繞該課題的詳細內(nèi)容。 本文首先提出了一種將敏感度分析與參數(shù)關(guān)聯(lián)性相結(jié)合的SOC系統(tǒng)設(shè)計空間搜索方法，可對系統(tǒng)進行快速準確的參數(shù)設(shè)計空間的搜索，提

4、取均衡最優(yōu)解集。進而采用基于平臺的虛擬原型設(shè)計方法對數(shù)字電視信源解碼SOC系統(tǒng)架構(gòu)進行了合理的開發(fā)設(shè)計，權(quán)衡來自軟硬件的所有要求和條件限制，如平臺架構(gòu)的靈活性、存儲訪問帶寬以及有效合理的仲裁策略等要求，采用了多級系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)。在IP核的設(shè)計和集成時將功能計算模塊與通信模塊的設(shè)計相分離，中間用通用的封裝接口銜接的方法以增強IP的重用性，多個IP從模塊的通信功能可以采用共享模塊由系統(tǒng)設(shè)計者完成。最后對整個設(shè)計進行了模塊級和系統(tǒng)級功能和時序的

5、仿真驗證，系統(tǒng)級驗證是在本文提出的虛擬原型機仿真環(huán)境中進行軟硬件協(xié)同的仿真驗證，在該環(huán)境中的仿真結(jié)果提供了更真實有效的系統(tǒng)功能和性能指標數(shù)據(jù)。 IP核的內(nèi)部性能的好壞和功耗、面積等是否優(yōu)化直接影響到整個SOC的性能和實際應用，因此本文對集成于信源解碼SOC平臺的視頻解碼IP核首先進行硬件優(yōu)化設(shè)計，使之作為硬件加速器，提高整個電路的解碼性能指標。采用高度并行和流水(Pipeline)的結(jié)構(gòu)進行快速有效的設(shè)計。對H.264/AVC視

6、頻解碼的整體架構(gòu)就采用了基于塊、宏塊和/或幀的混合流水級設(shè)計，對其中的主要模塊在算法復雜度和計算特征分析的基礎(chǔ)上進行硬件的優(yōu)化設(shè)計，盡可能的減小處理時延，提高實現(xiàn)效率，同時兼顧了存儲需求和硬件復雜度等方面。由于現(xiàn)在多種標準并存，新的標準和工具也不斷涌現(xiàn)，因此有必要考慮架構(gòu)的靈活性和兼容性，為此本文提出了一種擴展指令集加協(xié)處理器的視頻流語法解析架構(gòu)，對熵解碼和算術(shù)解碼這些復雜度較高模塊采用硬件協(xié)處理器實現(xiàn)，在指令集中增加相應的特殊指令。

7、 隨著多媒體標準的不斷改進和日益增多，在消費產(chǎn)品內(nèi)如何快速升級實現(xiàn)這些標準的兼容和互操作是產(chǎn)品獲得成功所必需的，采用多媒體可編程架構(gòu)設(shè)計的意義在于可編程處理器的靈活性，宜于實現(xiàn)多種標準的互操作和升級，因此現(xiàn)在主要的設(shè)計工作從硬件實現(xiàn)轉(zhuǎn)移劍了嵌入式軟件和整體架構(gòu)實現(xiàn)?；趯.264/AVC視頻解碼器模塊復雜度和計算行為的分析，將部分模塊逐步抽出改由軟件實現(xiàn)，深入研究了如何利用可編程處理器的并行處理能力和高效的多媒體處理指令米優(yōu)化H