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MAP-CA寬帶數(shù)字信號(hào)處理器的原理及其應(yīng)用
摘要：介紹赤道公司（Equator）的MAP-CA寬帶數(shù)字信號(hào)處理器，提出了一種寬帶應(yīng)用中高性能的單芯片解決方案，給出一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：寬帶信號(hào)處理機(jī) 超長指令字 媒體加速處理器
作為消費(fèi)類電子設(shè)備市場上綜合寬帶數(shù)字通訊和媒體處理器核心設(shè)備的主要供應(yīng)商，赤道（Equator）技術(shù)公司推出了一款高速寬帶數(shù)字信號(hào)處理器MAP-CABSP，在300MHz的時(shí)鐘周期運(yùn)行速度下，其處理能力為30 GOPS（每秒300億次整數(shù)運(yùn)算），處理速度相當(dāng)于Pentium III的6.4倍，是其它解決方案的10倍以上。其核心功能是通過軟件為高性能、大視頻流的寬帶應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。可編程序的芯片允許服務(wù)提供者展開更多的服務(wù)和功能，如time-shifting、安全媒體播放及有針對(duì)性的廣告。在高性能的寬帶應(yīng)用產(chǎn)品中如機(jī)頂盒、數(shù)字電視、視頻會(huì)議系統(tǒng)、醫(yī)療圖像產(chǎn)品、數(shù)字視頻編輯系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化等有著廣泛的應(yīng)用前景。MAP-CA是Equator公司MAP系列超長指令字處理器中的一種。
1 系統(tǒng)框圖
MAP-CA寬帶信號(hào)處理器（BSP）內(nèi)部框圖如圖1所示。主要包含一個(gè)超長指令字處理器內(nèi)核（The VLIW core）、一個(gè)可編程位流協(xié)處理器（The VLx）、視頻濾波協(xié)處理器、顯示刷新控制器和豐富的數(shù)字I/O接口等。MAP-CA支持各種用軟件實(shí)現(xiàn)的視頻、圖像以及信號(hào)的壓縮和解壓縮，這種軟件實(shí)現(xiàn)的算法相對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)有很大的優(yōu)越性，升級(jí)非常方便。
2 硬件接口
MAP-CA的硬件接口包括視頻輸入輸出接口、音頻輸入輸出接口、PCI總線接口、SDRAM接口、顯示控制器接口、I2C接口、ROM控制器接口和標(biāo)準(zhǔn)的在線可編程JTAG接口等。
2.1 視頻輸入輸出接口
MAP-CA有兩個(gè)視頻輸入口和一個(gè)視頻輸出口。每一個(gè)輸入口都支持MPEG-2傳輸通道接口（TCI）或者ITU-RBT.601/656信號(hào)格式。輸出口支持ITU-R BT.601/656兼容信號(hào)。更讓人稱奇的是，這幾個(gè)視頻輸入輸出口還可以作為通用的數(shù)據(jù)傳輸端口。
在TCI接口模式下，視頻輸入接口可以按串行或者并行方式輸入MPEG-2視頻數(shù)據(jù)包。默認(rèn)情況下，串行數(shù)據(jù)在tci_data[0]輸入，并行數(shù)據(jù)在tci_data[7:0]輸入，TCI接口能智能判斷輸入數(shù)據(jù)包中的同步位，或者利用外部的tci_cync信號(hào)同步輸入數(shù)據(jù)。一旦檢測(cè)到同步信號(hào)，MAP-CA就會(huì)把數(shù)據(jù)送到片內(nèi)的存儲(chǔ)器中。
對(duì)于ITU-RB RT.601/656的輸入信號(hào)，外部只需另接一個(gè)視頻編碼器（如Philips公司的SAA7111A芯片）就可把NTSC/PAL制式的信號(hào)轉(zhuǎn)換成ITU-R BT.656信號(hào)，解碼器還可以用系統(tǒng)自帶的I2C總線來控制。視頻輸入輸出接口支持單獨(dú)的H/V同步（ITU-R BT.601）或者內(nèi)嵌同步信號(hào)（ITU-R BT.656）信號(hào)，可以無縫地實(shí)現(xiàn)與NTSC/PAL視頻編碼器的接口。同樣可以采用系統(tǒng)自帶ITU-R BT.656的I2C總線來控制NTSC/PAL視頻編碼器。
作為通用數(shù)據(jù)傳輸端口（GPDP）時(shí)，可以像普通的數(shù)據(jù)端口一樣，進(jìn)行8位數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。再加上一個(gè)時(shí)鐘和一對(duì)握手信號(hào)，這個(gè)接口提供了多個(gè)MAP信號(hào)處理器連接的另一種實(shí)現(xiàn)方式。這個(gè)數(shù)據(jù)端口支持的最高數(shù)據(jù)傳輸率可以高達(dá)60Mbps。
2.2 音頻輸入輸出接口
MAP-CA支持多種音頻接口格式。它有一個(gè)IEC958音頻接口和一個(gè)I2S接口。其中IEC958音頻接口支持索尼、飛利浦?jǐn)?shù)字接口S/PDIF、AES/EBU接口、TOSLINK接口。I2S接口主要用在家庭影院中高質(zhì)量的音頻D/A轉(zhuǎn)換器上，MAP-CA的I2S接口符合標(biāo)準(zhǔn)的串行協(xié)議，最多可以接3個(gè)立體聲DAC和一個(gè)DAC，支持48kHz、44.1kHz和32kHz的音頻采樣頻率。該接口還支持主、從兩種工作模式。
2.3 PCI總線接口
MAP-CA的PCI總線接口與PCI 2.1規(guī)范完全兼容，最高數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)66Mbps。PCI接口中的配置寄存器在芯片上電時(shí)由ROM控制其初始化。MAP-CA的PCI接口作為PCI總線的目標(biāo)設(shè)備時(shí)，通過PCI接口可以訪問MAP-CA內(nèi)部的SDRAM，還可以訪問一些相對(duì)程序員透明的控制寄存器、PIO空間等。作為PCI主控器，PCI接口可以用超長指令字內(nèi)核（VLIW core）、協(xié)處理器來初始化PCI總線請(qǐng)求，還可以發(fā)起內(nèi)存、I/O和配置命令。MAP-CA可以作為PCI總線上的主機(jī)。它有三對(duì)申請(qǐng)/應(yīng)答信號(hào)線，使得在多處理器系統(tǒng)應(yīng)用中最多可以有4個(gè)MAP-CA同時(shí)接到PCI總線上而不需要任何中間轉(zhuǎn)接裝置。MAP-CA是一個(gè)單一3.3V供電的器件，如果在5V PCI總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中使用，需要一個(gè)3.3V～5V的電平轉(zhuǎn)換芯片即可。
2.4 SDRAM接口
SDRAM接口控制單元最多允許用戶外接128MB的SDRAM，而不需要任何外部邏輯。外部的PCI主設(shè)備還可以通過PCI接口單元的地址譯碼單元來訪問SDRAM。存儲(chǔ)控制接口還包括一個(gè)可編程硬件單元，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、從存儲(chǔ)器到高速緩存的傳送、排隊(duì)等操作。片內(nèi)的鎖相環(huán)產(chǎn)生存儲(chǔ)控制單元的時(shí)鐘信號(hào)，并利用這個(gè)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)MAP-CA與SDRAM的同步，極大地方便了CPU核與各種速度不同的存儲(chǔ)器的匹配。
2.5 顯示刷新控制器接口
顯示控制器接口（Display Refresh Control,DRC）里有很多高檔的圖形顯示技術(shù)，復(fù)雜視頻混合、2D圖像混合、導(dǎo)航服務(wù)都在顯示硬件接口里得到了很好的實(shí)現(xiàn)。該接口還支持色彩空間轉(zhuǎn)換、圖形γ校正，輸出的格式有YcbCr和RGB兩種。DRC支持的最大分辨率是1280×1024。當(dāng)時(shí)鐘頻率達(dá)到108MHz時(shí)，可以支持16位象素格式。
2.6 I2C接口單元
I2C總線是Philips公司開發(fā)的一種串行通信總線。它利用兩根雙向的（數(shù)據(jù)經(jīng)SDA、時(shí)鐘線SCL）實(shí)現(xiàn)器件與器件之間（IC與IC之間，簡稱I2C：integrated-circuit interface circuit）的串行通信。MAP-CA既可以作為I2C總線上的主機(jī)，又可以作為從機(jī)來與外部I2C總線設(shè)備交換地址數(shù)據(jù)信息。與
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