基于DSPs的媒體處理系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)研究.pdf

1、媒體處理系統(tǒng)芯片結(jié)構(gòu)根據(jù)其實(shí)現(xiàn)方式的不同，可分為兩種結(jié)構(gòu)：專用集成電路媒體處理系統(tǒng)芯片和可編程媒體處理系統(tǒng)芯片。近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微處理器技術(shù)以及媒體處理算法(如音頻、視頻)不斷地在發(fā)展，業(yè)界更傾向于采用基于DSP的媒體處理系統(tǒng)芯片結(jié)構(gòu)，基于DSPs(集成多個(gè)DSP)的媒體處理系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)也成為了VLSI領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文主要研究了基于DSPs的媒體系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵問題：DSP結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，媒體系統(tǒng)芯片結(jié)構(gòu)、任務(wù)調(diào)度策

2、略設(shè)計(jì)。 在過去的幾年，浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)系SOCR&D小組研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)RISC/DSP結(jié)構(gòu)MD32系列處理器的第一個(gè)成員：MediaDSP3201。 事實(shí)上，DSP結(jié)構(gòu)一直是在應(yīng)用算法的驅(qū)動(dòng)下發(fā)展的。在本文中，為進(jìn)一步提高M(jìn)ediaDSP3201的媒體處理性能，根據(jù)媒體處理的算法特點(diǎn)，展開了MediaDSP3202的設(shè)計(jì)研究。MediaDSP3202繼承了MediaDSP3201的RISC/DSP混合體

3、系結(jié)構(gòu)及其指令集，并擴(kuò)展了支持128比特SIMD操作的EMS指令集和支持比特操作的VLD解碼并行指令以及有利于提高IDCT/MC算法實(shí)現(xiàn)性能的部分專用SIMD指令。 在DSP微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，本文根據(jù)MD32系列處理器的流水級(jí)特點(diǎn)，給出了一種分布式數(shù)據(jù)旁路機(jī)制設(shè)計(jì)策略，有效避免了處理器在執(zhí)行過程中不必要的流水級(jí)停頓，并通過“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)鏈模型”實(shí)現(xiàn)。此策略在考慮轉(zhuǎn)發(fā)效率的同時(shí)，通過電路優(yōu)化避免轉(zhuǎn)發(fā)電路對(duì)流水級(jí)時(shí)延的影響，以提高處理器整

4、體性能。 通過對(duì)兩種體系結(jié)構(gòu)的比較，我們自主研發(fā)了基于雙處理器的可編程媒體處理系統(tǒng)芯片的硬件結(jié)構(gòu)，并完成了兼容MPEG的數(shù)字音視頻解碼系統(tǒng)芯片MediaSOC3221A的設(shè)計(jì)。 對(duì)一個(gè)基于DSPs的媒體處理系統(tǒng)芯片而言，除了需要DSP核的相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)以外，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、任務(wù)分配和調(diào)度等設(shè)計(jì)問題同樣非常關(guān)鍵?；贒SPs的媒體系統(tǒng)芯片任務(wù)調(diào)度包括兩類：處理器任務(wù)調(diào)度和總線任務(wù)調(diào)度，而處理器任務(wù)調(diào)度又分為全局任務(wù)調(diào)度和局部任務(wù)調(diào)

5、度，本文對(duì)媒體系統(tǒng)芯片的任務(wù)調(diào)度問題展開了研究。 以MediaSOC3221A為例，通過對(duì)數(shù)據(jù)輸入流模型的分析，進(jìn)行了系統(tǒng)軟硬件任務(wù)的劃分，采用了一種靜態(tài)的處理器全局任務(wù)調(diào)度方法：主控微處理器RISC32完成系統(tǒng)層解碼、音頻解碼、系統(tǒng)控制等任務(wù)；媒體處理器MediaDSP3201則完成視頻解碼相關(guān)的任務(wù)，并對(duì)兩個(gè)處理器的局部任務(wù)調(diào)度做了進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)?？紤]媒體系統(tǒng)芯片的周期性和非周期總線調(diào)度任務(wù)特性，本文給出了一種基于動(dòng)態(tài)優(yōu)先