原创 软件编程让DSP+MCU双核合一更具灵活性

新近喊出“Analog is Everywhere!”口号的美国模拟器件(Analog Device Inc.;简称ADI)公司，继在上海和媒体欢度40周年庆后，日前特意挑了个风光明媚的观光胜地──泰国普吉岛，由刚于年中接下ADI公司大中国区营运重任的ADI大中国区副总裁郑永晖，再度和媒体分享了ADI迄今为止的一些丰硕发展成果。

“科技发展需和生活息息相关才有意义!”郑永晖以IT的发展为借镜，想当初PC的CPU时钟速度刚达到1GHz时，曾带给消费者多大的兴奋，原因就是刚好及时切中当时使用者的需求;之后纵然技术上再有不断的进展，一路来到4GHz，但带给消费者的满足程度却是逐渐下降的，甚至不一定能唤起他们购买的需求。以做放大器优化系统模块起家的ADI很早就留意到这点，所以除了致力于“能给客户什么样的解决方案?”外，更用心关注“能帮助客户推动什么东西?”

MEMS的大行其道便是一例。以目前被炒得正火爆的汽车电子和生物医疗应用来说，不管是用于胎压检测或医疗行为的传感器，正因为与人身安全关连甚大，所以潜在商机可观，也使模拟元器件的前景连带看俏。郑永晖认为，现今的电子世界是由3个同心圆所组成:以数字为核心，中间是连结转换，最外围却是广大的模拟领域;特别是模拟这一块，将会以更大的速度增长，因为:虽然是处在数字时代，但只要与人的五官相关，最终还是须回归到模拟世界。再回头和PC的发展印证似乎也是如此，犹记当年Pentium I问市时，主板上几乎看不到任何模拟元件，甚至看不到一个负责电压转换的LDO;但到了Pentium II时代，模拟元器件已俏然占据了约20%～25%的主板面积。

经过40年市场的洗礼与多次商业购并，如今的ADI不仅在原有模拟基础表现突出，在数字信号处理上也渐受肯定，致力为系统开发商构筑完善的产品组合(Product Portfolio)。2003年Blackfin数字信号处理器的出现，更在业界引起不小的波澜;让以前只能通过专用集成电路(ASIC)或硬线芯片组才能实现的功能有了转机。Blackfin兼具DSP和MCU的功能，具有先进便携式设备所需的信号处理效能与低功耗，且提供执行多媒体应用如高品质的音频、视频和流媒体所需的处理能力，无需搭配单独的应用处理器。Blackfin支持Linux、ThreadX和Nucleus等嵌入式操作系统，发展至今已有8个家族系列。



紧扣汇聚处理需求缺口

ADI公司汇聚平台和系统部总经理John Croteau对ADI的Blackfin处理器做了市场定位。他表示，若将整个嵌入式MCU/DSP市场划分成3大块:可编程DSP(包括手持设备DSP和GP-DSP)、ASIC DSP和无处不在的微控制器MCU，目前市场上不乏专精的佼佼者，但ADI的强项在于“汇聚处理”部分;虽然在高性能DSP应用可编程器件早已司空见惯，但在兼具DSP和MCU功能的汇聚处理器件上因成本和功耗始终居高不下，迟迟未见FPGA的踪影。ADI的Blackfin系列一开始即锁定高性价比为发展策略，积极与Intel合作以x86 RISC架构为基础，共同开发的微信号架构(MSA)，在最受业界关注的性能指针、功耗和价格上都有显著的突破，未来甚至可供作WiMAX的处理器之用。

“汇聚”可谓是近来当红的一个用语。一个汇聚的网络可提供三合一播放(Triple-play)—将数据、语音和视频传送至终端用户，也将分组路由、网络电话和数字媒体紧紧连系在一起;这样的趋势，也为Blackfin在IP-STB(机顶盒)的应用带来了相当的机遇。目前的IP-STB架构仍多以1个CPU加上1个DSP/ASIC的模式运作，将CPU用于运行OS、网络协议栈、中间件、数字版权管理(DRM)和其它应用软件，而DSP/ASIC则用于处理音/视频和图形等，二者的运行软件、开发工具和环境都是分立的，单是两个处理器本身的成本已够惊人，加上RAM、Flash等附加器件等成本林林总总相加，导致整体BOM成本居高不下。

ADI网络多媒体平台部东南亚地区市场业务经理沈珂博士指出，奠基于软件编程的Blackfin，除了拥有用于多媒体译码和用户应用的资源，可同时供作管理和信号处理之用外，它与一般的双核处理器不同，在性能上可完全采用动态配置为其最大的特点:当用于处理的需求较高时，该处理器90%以上的资源都可以被利用;当进行多媒体译码时，又可将所有需要的资源挪移过去。如此不但能降低总体硬件成本和软件的复杂度，这种使用1个单处理器并在2个任务之间有效的时间分片的配置，能显著提高产品效率，不会出现一个处理器异常忙碌、而另一个处理器大部分被闲置的情况。

基于RISC架构的Balckfin还具有多项优势:其字节寻址能力可符合实际工业标准，且其寻址模式是容易编译的;保护模式可提供监控模式和用户模式;提供16K高速缓存;优化的指令集适合高性能的16bit/ 32bit/ 64bit的代码密度。另一个重要的优势在于，不同于部分厂家只提供硬件编程、灵活性相对较小的作法，ADI可提供软件参考设计方案。为此，ADI特别苦心构筑相关产业生态系统，积极和第三方IP公司串连，企图全面照顾客户从设计发想到产品成功上市的各环节需求。

生态系统影响甚巨

过去独立DSP模式已逐渐走到今日嵌入式处理器模式;惟有汇聚处理生态系统需涵盖控制、信号处理和媒体处理，方能满足系统开发者的需求。完善的生态系统所能给予客户的好处在于:设计人员可以继续使用他们熟悉的工具在原厂产品上编程，缩短产品投放市场的时间，以争取最佳获利时机。同时可解决系统开发人员在工程可用性或能力方面的间隙(gap)，增加知识分享以促进协作流畅度，从而推动新产品和技术创新。就供应商本身来说也是有利的:可加速水平市场覆盖的进程。



ADI汇聚平台和系统部业务拓展经理李川表示，希望通过ADI公司及其合作伙伴构成的网络获得的一批软件、开发工具、参考设计和教育中心等，促进应用ADI公司的DSP和嵌入式处理器技术快速开发。当然，量测也是不可或缺的一环;这也是ADI亦与美国国家仪器公司(NI)合作的动机所在，期能加快开发产品的时间并提升质量。通过NI公司的工业标准测试工具与ADI的Blackfin处理器的完美结合提高了设计和测试工程师的生产能力，让前、后段的开发人员能使用同一套工具完成设计、原型制作和测试工程，而这样的优势已获得Clampon公司的验证，Clampon公司副总裁和硬件开发经理、同时也是石油和天然气应用传感器专家Geir Instanes就曾评述说:“利用ADI公司的高性能处理器，并借助NI公司的LabVIEW图形化编程工具，我们能快速可视化嵌入式应用代码的实时运行状况并验证应用功能。”

过去，工程师们依赖一小部分专家通过低层的、基于文本的编程语言(例如汇编或C语言)为他们的嵌入式应用编程，如今工程师和科学家们现在可以在Blackfin或者NI CompactRIO嵌入式控制系统上使用LabVIEW进行仿真和快速原型，然后再部署到他们自定义的目标硬件，包括Blackfin专属而优化的分析和信号处理功能、集成的I/O(例如视频和音频DAC、ADC和CODEC)，以及on-chip调试功能。工程师们可以使用直观的图形化数据流开发示例设计他们的应用系统，并将C代码集成到他们的LabVIEW图例，获得更多的功能。全新LabVIEW软件通过无缝地集成ADI VisualDSP++开发和调试环境(可实时、直观地进行调试，直接部署至Blackfin处理器)，缩短应用所需时间，还能轻松地连接到NI测试测量硬件，在开发过程的初段部署外部仿真和测试算法。

为深耕中国市场，ADI与学界也有着紧密的联系。早在今年将总部移师上海地区前，ADI陆续在中国展开一连串扎实的合作推广;在上海交通大学、北京工业大学、深圳大学、成都中国电子科技大学、武汉华中电子科技大学、西安电子科技大学和长春吉林大学设有7个培训中心，并推动“大学计划”，在全国15所以上的大学院校落实视频各图像处理/数字音频广播/4G基站、通信和WiMAX/网络可视电话/三相电度表/汽车电子等多项重点研发工程。

其中浙江大学即已成功运用Blackfin家族的BF561处理芯片，在同一芯片上运行操作系统和视频处理，同时达到媒体处理(数字信号处理)──从摄像机视频输入到液晶屏视频输出，和控制处理(嵌入式处理)─驱动LCD、以太网和键盘等功能，可支持H.263/ H.264/ G.729/ G.723.1等格式，以及TCP/IP网络堆栈、浏览器、电子邮件客户端、安全性、uClinux(Micro-Control-Linux，针对微控制领域而设计的Linux系统)操作系统和H.323等多项协议。Blackfin处理器内的视频优化功能能够实现完全可编程的D1/VGA实时视频和多通道音频处理而没有专门硬件或异构双内核解决方案的复杂性或不灵活性。使用这种可编程的Blackfin处理器，能使用户开发的产品快速投放市场，并且很容易支持新兴的多媒体格式，例如，MPEG4，H.264和Windows Media。事实上，Blackfin处理器已在大众市场获得认同:

仪器仪表:获普源精电公司(RIGOL)采用，用作适合所有产品的单一平台，实现设计重复使用并简化了制造流程，而亿旗创新(eFLAG)也利用Blackfin处理器的RISC和DSP能力，为中国的大学开发出第一个汇聚处理平台教育套件，提供实验室多种应用。
安全与监控:大立公司(DALI)利用Blackfin处理器的低价格、小封装和低功耗特点开发出16信道基于数字录象机的监控系统(据称是中国第一个)，而Suprema公司则开发出性能优异的指纹辨识技术。

电信:传视数码(TransVideo)的机顶盒、浙江大学的单芯片网络可视电话都是例证，使屏幕显示系统(OSD)、图形用户界面(GUI)易于开发并能快速显示。

消费类:单是一颗在Blackfin家族中相对低端的BF531，即能协助爱浦多(iPed)实现使用600mAh电池使MPEG4或MJPEG视频回放8 hour，MP3音乐播放16 hour的理想。

Blackfin处理器已广泛用于各种机顶盒、便携式音频与视频播放器与记录器、数据多媒体网关、多媒体节点和数字视频相机。综观来说，Blackfin处理器有4大关键应用领域:家庭娱乐、车载远程通信和信息处理、网络和流媒体，以及数字射频和移动电视;就实体设备而言，手机更是重中之重的应用。



一网打尽手机开发所需要件

拜旧用户换购、以及发展中国家新用户崛起的强大购买力所赐，2005年全球手机销量有7.5亿～8亿部。从基本语音/短信服务的通信手机、纳入数据/音频/视频/摄像/游戏等业务的功能手机，再到搭载Linux、Windows Mobile、Symbian等高级操作系统的智能手机，在可预见的未来，估计这股增长的势力仍将持续好一段时间。自1990年以来，ADI便是GSM产业主要的元件供应商之一，随着客户的需求转变，ADI的无线终端产品线已经从DSP和模拟元件，进一步提供精密复杂的数字基频处理器、先进模拟和混合信号数据转换、电源管理、射频IC和功率放大器，到今天完整的芯片组与参考设计。

ADI在手机上的亮丽成绩早已深入人心。它曾是第一家通过全型认证的开放市场GSM以及GPRS基频处理器之厂商，其Blackfin是最先投入公开市场的EDGE芯片组，也是第一家独家供应的TD-SCDMA芯片组，更是惟一基于软件的TD-SCDMA处理器。完全以RAM为基础，让OEM很容易就能将范围宽广的手机全部以软件的方式自定义出使用者的特性与选项，同时结合在功率消耗、成本与尺寸上突破性的进步。根据IDC等知名研调机构针对2004年统计的数据显示，ADI是GSM/GPRS/EDGE基带处理器的第三大供应商(约占12%的市场份额)，前15强著名手机品牌中有10家是采用ADI的芯片，现亦积极开拓3G(WCDMA和TD-SCDMA)市场。

特别一提的是，在众家低成本GSM/GPRS手机芯片组中，ADI的整合方式是较为与众不同的。市面上一般多将模拟、数字和RF集成在一起，而将电源管理、存储器和功率放大器另行个别处理;ADI改将电源管理和模拟、数字集成在同一个芯片上，而把RF独立出来，以兼顾RF高压、敏感的工艺特性，并尽可能降低功耗。Mercury为用于手机的完整参考平台，内含1个参考印刷电路板、AD6720基带处理器和Othello-G射频芯片，并提供PCB布线、校准和用户指南等CD光盘资料，以及RF校准/下载和产品检测等开发工具的支持，让开发商拥有高度的量身订制权。

SoftFone体系则是针对高端手机的平台，具有均衡的MCU/DSP系统，可协调2个处理器之间的任务，有效利用共享的硬件资源。此外，其无ROM的设计让开发商随时可用软件升级到L1、L2、L3 MMI，加快投放新标准到市场上的时间;内核独立亦为一大特点，让设计人员无需对软件作大量改动就可提高内核的性能，加上GSM、GPRS、3G等都具有经过认证的相同体系结构这个客观条件的挹助，这点对于一些通信标准观望是有缓解作用的。

SoftFone芯片组结合高性能DSP技术可同时进行基带和多媒体处理;模拟/混合信号技术能用于RF接口和用户音/视频接口的数模转换以及电源管理;RF技术则表现在Othello系列收发器上;另有照相机控制和镜头的驱动器、运动传感器和显示器控制等补充的模拟功能，可谓是凝聚ADI顶尖技术的标竿代表作。



结语:重视研发，只为打造“最适方案”

ADI还有一个十分耐人寻味的特点:40年下来，其账面上的净收支总和竟然接近于零!一般来说，公司经营不是赚钱、就是赔本，这又从何说起?郑永晖解释说，因为半导体业是一个竞争异常激烈的行业，如果不持续在R&D上投资，未来可能随时会倒赢为亏，失去竞争优势。但反过来说，一个公司若无法持续地赚钱，也没有持续投资的本钱。多年以来，ADI每年都会将18%～20%的营收再回投在R&D工作(单在全中国，除了在北京、上海、深圳、香港和台北设有销售和技术支持机构，并在北京设有设计中心、上海设有应用工程中心)。或许就是这份重视R&D的自觉，加上公司政策的延续性佳(ADI 40年来只有两个CEO)，才让全球的业务发展呈现不断稳健成长的态势。

另一方面，不知是否受到iPod成功的激励?打从今年年初美国CES展后，消费类电子产品就不约而同成为众多半导体厂家希望之所系。然而这类产品虽然有着“量大”的诱惑魅力，但在边际利润上是相对较单薄的，于是也直接或间接地造成整个产业链的成本压力。部分选用ADI芯片的系统开发商或研发单位在受访时表示，其实在前期研发筹备阶段，他们也曾遍访所有可能的解决方案，最后大都是被Blackfin软件可编程的灵活性和以不到5美元起跳的单价所说服。此外，其动态电源管理能力能节省外部电源元器件，降低整体系统开发成本也是胜出关键。在商言商，毕竟对利润有限的量产型消费类电子产品来说，成本这档事儿，可都是一分一厘在掐着计算的呢!


摘自：http://qkzz.net/Announce/announce.asp?BoardID=13100&ID=301739