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        iPhone和H.264編碼器:兩個結構體上的路標

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        作者:EDN Ron Wilson 時間:2007-07-17 來源:EDN 收藏

          最近有兩個產品的發布標志著關于SoC結構的考慮來到一個交叉點。,站在長久以來以硬件模塊為導向的傳統設計的盡頭,開始遠離過去;而來自Mobilygen公司的高質量類(High Profile)編解碼器芯片,源自不同的傳統觀點也有可能會走向一個不同的終點。某種程度上講,這兩個路標不僅代表著它們在結構上的不同傳承,也代表著它們公司的演化方向。

          首先看一下萬眾矚目的。由于蘋果公司想要保持些神秘感,因此只有部分的內部細節已經確定。據報道iPhone的核心是來自三星公司的SoC,由一顆ARM-11外加一系列的硬件模塊來處理手持設備的主要功能:語音和視頻的回放;基于手勢接口的高動態觸摸屏顯示,一個類似的動態圖形用戶接口;一個2百萬像素的相機和一個WiFi接口。

          再來看一下Mobilygen公司的EnViE視頻編解碼器。它的大部分功能模塊都是獨立的,每一個都有它們自己的本地內存和ARM處理器;例如(雖然不是很確定)計算模塊部分涉及到的基帶處理器會是一個中等規模的ARM-11外帶DSP擴展,WiFi模塊需要一個ARM-9級別的核以及一些硬件協加速器,具有低運算負荷的功能,例如音頻、藍牙和系統控制模塊都有自己的ARM-7核。

          這些處理器中只有應用處理器是多功能的,它需要運行用戶接口代碼,與加速器一起處理圖形,為相機模組做圖像處理以及在空閑時間執行應用軟件。當設計資源緊張時,這種結構甚至會要應用處理器來做像素級的信號處理,而這個工作通常是由專用圖像信號處理核來完成的。但是這種低成本的技巧會影響相機的相應時間和幀速率,而且只會在低分辨率時有效。

          這種由獨立模塊來組建SoC的方法有很多的優點。比如,它可以讓系統集成工程師通過來自外部的授權模塊完成設計,而不用找很多高手自己開發。對于這種組合設備例如iPhone,以及相對比較輕技術的OEM比如蘋果,這具有很顯著的優點。對于有緊湊周期的項目它同樣有明顯的優勢,比如iPhone在用三星取代PortalPlayer作為SoC供應商時面臨的時間問題。

          這個優勢的一個很大部分在于功能模塊的獨立大大簡化了系統級的建模。除了共享資源例如DRAM,不必再去考慮并給用戶場景的最壞情況建模。

          另外,通過提前定義用戶場景,可以在大部分的時間內要SoC的大部分不僅處于空閑甚至休眠的狀態。因為iPhone本質上是個封閉的系統,所以蘋果在電源管理上有很大的優勢。比起采用通用可編程器件,他們可以實現更高的電源效率。

          作為對比,來看最近發布的EnViE,來自Mobilygen公司的視頻編解碼芯片SoC。從某種程度上講,iPhone系統芯片和Molilygen CoDec芯片在系統框圖上有著顯示的相似點-由不同用戶接口圍繞的神秘核芯片,精心設計的外部DRAM通道。同樣地,在功能上每個芯片都面臨接口服務、系統管理、數據傳遞以及硬實時任務的組合。當然,兩個芯片在細節上千差萬別。

          Mobilygen考慮視頻CoDec的出發點是抽象算法和軟件實現,而不是SoC的設計。它的核心不是獨立功能模塊的群集,而是兩個實時多線程處理器。多線程的結構使得核可以在同一CPU上處理來自不同功能的一系列任務,實現每個任務的硬實時需求。它也使得CPU可以容忍內存延時,因為核可以在一個周期內轉換線程。

          有趣的是,這意味著CoDec核的硬件模塊框圖(一個CPU對,圍繞著數據交換的一些加速器集群)完全不同于功能模塊框圖(更像是三階的流水線)。

          在很低功耗水平的情況下,不用將很多負荷丟給一個相對復雜的結構去做編碼和解碼,這種情況與傳統的用獨立硬件模塊去進行系統設計有很大的不同。

          或許這樣的結構來源于把系統看作是軟件任務而不是硬件模塊。SoC(兩個CPU核,一個處理用戶代碼的ARM-926以及一系列的硬件加速器)的工作是提供一個可將任務動態映射的靈活結構,而不再是對每個任務都無法共享資源的固化平臺。理論上講,這樣的結構在硬件使用上更加有效,在功耗方面也更加出色。

          理論上,每種結構都可以完全利用到功耗管理的最先進理念:電壓島、動態節電以及動態電壓頻率調整。但是實際上,SoC的真正設計者能實現的技術有限。另一方面,多用途核的方式將大部分的任務交給兩個CPU,而應用者可以根據需要進行功耗管理。

          我們是否可以說SoC設計來到一個交叉點呢?在這里采用功能獨立模塊的方式逐漸被拋棄,而將動態任務分配給通用計算陣列的方法受到青睞。這么講也許為時過早。但是看看這兩顆芯片,我們不得不做這樣的考量。



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