基于DSP的下一代车载娱乐系统

ADI公司用于车载娱乐的ADSP-21365 SHARC处理器

ADSP-21365是一款32/40b的浮点单指令多数据(SIMD)信号处理器，它具有内置4Mb的ROM，完全支持所有多声道解码器标准，例如Dolby Digital解码器、DTS解码器以及包括DPL2x、Neo6等后处理模块。客户专用后处理模块可以在3Mb的内部RAM上执行，客户利用Visual Audio(见后文)这样的音频专用开发工具能够在较短的时间内增加他们后处理的类别。

图5：定点和浮点处理器的SNR值 为了解决多个音频源采用不同基本采样率的问题，ADI公司已经将AD1896独立的采样率转换器集成在到ADSP-21365中。它具有8个通道的采样转换和高达140dB的性能，多个音频源不需要存储器和MIPS开销，并且所有的输出后处理都能运行在单采样速率条件下，以进一步减少数据流的复杂度。 其它音频专用外设包括6个串行端口，并且支持TDM和I2S，以及集成的SPDIF Tx/Rx端口以便直接与数字音频源连接。 ADSP-21365 SHARC DSP也包括一个基于DTCP M6密码引擎(与DTLA兼容)的硬件。外设具有两个专用的DMA总线，在不需要内核干涉的条件下，允许高速传输到M6或者从M6传输，并且具有对加密和解密的本地支持。ADSP-21365实现了完成DTCP兼容系统的简单设计途径。密码引擎支持密钥动态更新的功能，用户可以使用内置定时器设置密钥更新和改变的间隔周期，以增加在网络上的安全性。 音频处理包括FIR和IIR滤波器的密集使用。在递归运算中，由于信号的数字表示产生的量化误差可能会引起音频质量的下降。高端音频处理器，例如ADI公司的SHARC处理器，使用浮点表示音频信号以减少这种误差。 图6：浮点和定点处理器的动态范围比较 在高档音频系统中，通常声音的质量是通过如何准确地再现小幅度或非常安静的声音来衡量的。随着音频信号幅度变得越来越小，定点处理器精确再现这种信号的能力是有限的，但是对于浮点处理器而言，保持音频等级的精度包含在固定的界限内，并且具有186dB的最小SNR。SHARC处理器具有40b浮点精度和80b的累加器，从而可以实现非常高性能的音频。 家庭影院音频处理器的另一个重要特性就是动态范围。动态范围定义为在音频处理器能够没有下溢或溢出条件下再现音频信号幅度的最小值和最大值的比值。同样的，浮点处理器远远超越了定点处理器所能实现的动态范围。 随着预解码器算法和后解码器算法的复杂度日益增加，实现家庭影院体验需要的MIPS数或执行周期数也始终在增加。为了解决这些问题，最显然的方法就是增加信号处理器的时钟频率。 由于硅工艺的限制，这种方法实现起来有很多障碍，因此信号处理器供应商通过改进处理器架构来解决这个问题。一些信号处理器供应商已经采用MIMD架构，即在一个时钟周期内执行多条指令同时完成多个数据移动。该架构需要更多的存储器，因此直接影响到芯片的成本。SHARC处理器架构采用SIMD的创新方法，可采用相同的指令隐含地完成第二个平行的算术单元，因此使得代码更紧凑从而可以降低完成这些算法所需的MIPS数。鉴于这种SIMD架构，音频信号处理器无需额外的处理开销可并行地处理立体声信号。SHARC内核基于完全互锁的5阶代码流水线，这意味着程序员无需担心数据什么时候可用即可随时写入代码。算法流水线优化为1个时钟周期，这意味着计算结果在下一个周期立即提供以便进一步计算。 由于ADSP-21365 SHARC处理器提供车载音频专用外设和基于32b浮点内核的SIMD，所以它能使音频系统达到新的性能水平。 使用Visual Audio定制音频后处理设计 过去，DSP用户面临的挑战就是最佳利用处理器时钟周期和有效利用存储器的软件开发。采用汇编语言手动编码音频信号处理算法这种长期使用的方法已经越来越不可行，特别是这种方法需要将大部分的精力放在创建标准的"项目清单"或"me-too"功能，而不是集中精力通过增加产品差异化价值。因此，需要一种开发音频软件的改进方法。 为了满足这种需求，ADI公司开发出一种Visual Audio图形环境以帮助设计和开发使用SHARC处理器系列的音频系统。Visual Audio为音频系统开发工程师提供了大部分的软件模块，以及直观的图形用户截面，以便设计、开发、调试和测试音频系统，如图6所示。 图7：Visual Audio图形接口显示屏示例 Visual Audio包含一个基于PC的图形用户界面(GUI，图形工具)、一个DSP内核以及一个