3G與超3G：利用多核處理器優勢實現卓越3G、WiMAX 及LTE性能

　　優先化與平衡

　　當今的 SoC 一般是多內核 DSP，采用必須進行互操作和同步化的獨立 IP 模塊，以實現單個完整的調制解調器功能。這種架構需要采取某種方式對任務進行優先排序，然后將它們映射到多內核環境。

　　最簡便的選擇是在 DSP 內核之間分配用戶，以使每個內核都能維護其自己的隊列。但是這樣做存在兩個缺點。第一個缺點是，所有用戶可能需要共享某些功能，如過濾與解調等；第二個缺點是，某些功能可能需要共享協處理器或外設，因而它們不具備完全的獨立性。因此，優先隊列集合之間的交互會變得很復雜，從而很難保證實時性能。此外，協處理器與外設也變得更為復雜，因為它們必須支持多個內核的訪問，從而必須決定哪個內核的任務優先。所有這些都會增加硬件與軟件驅動程序的復雜性，并使最終系統的測試變得難度更大，也更耗時。

　　為了避免上述缺點，TCI6488 采取了不同的方案：為單個內核分配一個功能任務，這樣每個內核都負責唯一一組功能。一般情況下，每個負責加速特定功能類型的協處理器都與單個內核相關聯。這種方案可以顯著簡化協處理器執行的任務排序。外設在許多情況下也與單個內核通信，從而減少驗證任務是否需要數據所做的測試。

　　由于 DSP 可用于實現各種功能，TCI6488 SoC的設計在必要時均具有高度的對稱性。例如，TCI6488 中的所有內核都可以訪問接收機加速器協處理器 （RAC）。這種設計允許在所有內核中運行相同的功能，同時在需要時仍然能為所有內核提供對所有協處理器和外設資源的訪問。不過，建議系統設計人員讓一個內核與 TCI6488 DSP 中的 RAC 交互，以便簡化器件的操作。

　　通過在多個內核之間實現資源負載平衡，根據適用于每個任務的代碼，單個內核有可能先于其他內核達到自己的最高容量。解決方法是進行重新分組，這是一種需要完全改變軟件架構的做法，同時也是完成 DSP 測試后系統設計人員極力避免的步驟。由于軟件無線電廣播 （SDR） 方法與工具的不斷發展，軟件分組工作可得到顯著簡化。

　　TCI6488 等 DSP 已經采用代碼周期估算、電子數據表和事務級模型為 WCDMA SoC 開發被推薦的軟件分組功能。TCI6488 DSP 實現了這種分組，而且這樣既可提供一個近乎完美的解決方案，又能實現簡單性：一個 DSP 內核控制 RAC，另一個控制 Turbo 協處理器 （TCP） 與 ViterBi 協處理器，而由第三個執行發射碼片速率加速以及與天線陣列接口的輸出通信。

　　對于其他標準（如不采用 RAC 的基于 OFDM 的標準），更易于開發對稱軟件架構。在這些情況下將難題分組變得更為簡單，因此 FFT/IFFT 和部分調制及解調由一個內核執行，其結果被發送到另一個內核進行符號率處理。這種方法可以簡化天線接口或串行 RapidIO（如果天線數據采用此類接口）與負責處理前端的其他 DSP 內核之間的通信。另外，它還可以簡化后端符號速率處理及其與以太網或串行 RapidIO 外設的通信。

　　事實上，OFDMA 調制是針對所有用戶聯合執行的，無法完全分配到不同 DSP 內核。因此，作者認為，軟件架構的簡單性以及眾多調制解調器算法的性質是系統設計人員分組任務、進而造成軟件在各種 DSP 內核之間不對稱的部分主要原因。

　　在多個SoC 之間實現資源平衡

　　另一個問題是每個 SoC 是否應當具有不同任務，如一個 SoC 只執行符號速率解碼，而另一個集中執行碼片速率調制。難點是所有片上協處理器都無法得到有效利用。

　　例如，僅執行符號速率處理的 TCI6488 器件需要更為強大的功能，因此需要高功率、大尺寸的 Turbo 與 Viterbi 解碼器。但是此解碼器無法用于另一個只執行碼片速率關聯的 SoC，因此需要功能強大得多的接收加速器。除非每個電路板的功能都具有不同的 SoC，否則協處理器就必須滿足每項功能的最差情況需求。為每組功能都構建不同的 SoC 是一種資金浪費。

　　專用于特定功能子集的 SoC 同樣也不利于可擴展系統。顯然，如果希望提高電路板的通道密度，讓每個 SoC 執行相同一組功能，我們只需在電路板中添加更多 SoC.但TCI6488 只需極少的附加硬件即可實現上述目的。天線接口與串行 RapidIO 都能夠以菊花鏈方式連接，而以太網和 RapidIO 接口可以連接到交換機。

　　但是，如果不同的 SoC 提供不同的功能，為了實現系統的可擴展性，用戶數量基本上必須加倍。如果所需用戶數量增加 15％，再添加一個 SoC 可將負責符號速率處理的 SoC 的能力提高 15％，但其利用率卻只有 15％。其他 SoC 同樣如此，這使擴展后的解決方案效率極低。

　　對于采用多內核、協處理器加速 SoC 的系統設計，在電路板級可擴展性最高以及可實現最簡單、最易于測試軟件的系統架構中，SoC 中的每個 DSP 內核都執行一個唯一的子集任務，但是系統中的每個 SoC 都執行與其他 SoC 相同的組任務。TCI6488 可專門適用于 WCDMA/HSPA 網絡中的這種情況，其側重采用相同方式高效靈活地支持其他調制解調器標準。

　　最終成果是在 3G 或 4G BTS 中采用多內核 DSP 來提供獲得成功所需的性能與電源效率組合。但是，并非所有多內核 DSP 生來相同，因此，對于系統設計人員來說，同樣重要的另一個選擇是由廣泛功能庫和其他工具提供支持的 DSP，以確保降低開發成本并加速上市進程。