解析低功耗音频和视频的SOC设计问题

 

　　SoC的定义多种多样，由于其内涵丰富、应用范围广，很难给出准确定义。从狭义角度讲，它是信息系统的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上；从广义角度讲， SoC是一个微小型系统，如果说中央处理器（CPU）是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器（或片外存储控制接口）集成在单一芯片上，它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。

　　SoC定义的基本内容主要表现在两方面：其一是它的构成，其二是它形成过程。系统级芯片的构成可以是系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU 内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC /DAC 的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块，对于一个无线SoC还有射频前端模块、用户定义逻辑（它可以由FPGA 或ASIC实现）以及微电子机械模块，更重要的是一个SoC 芯片内嵌有基本软件（RDOS或COS以及其他应用软件）模块或可载入的用户软件等。

　　Q1:如何才能知道设计的高保真音频信号没有失真？

　　A1:在设计音频的时候，您知道它是否具有高保真性其实来自于您对这个音频的解码或者编码的测试，您会有一个高保真的音源，它可能是没有经过压缩，举一个解码的例子来阐明，您会先把高保真的音源做压缩，就是编码的动作，这个编码之后就拿去做解码，同样一个编过码的信号来源，在解码的过程根据各家所使用的算法，它所解出来的信号可能会不一样，这个信号跟你原始的信号相比，在过去我们跟客户的经验里头，Tensilica所提供的音频方案，它解码出来的信噪比是相当低的，如果信噪比很好的话就代表着在解码的过程中，我们的损失是比较小的，那对于需要高保真的客户而言，是一个很好的选择。

　　Q2:低功耗音频比较好理解，但是低功耗视频是什么概念？

　　A2:低功耗视频的概念其实是很容易理解的，我们知道在视频系统里面，功耗花用多的并不是DSP的解码，DSP解码部分其实只花了整个时间的大约百分之二十到三十，花费多功耗的部分是屏幕的部分，这部分大约会花大约百分之五十的功耗，即使是如此，我们还是需要降低视频的DSP或视频的硬件在解码的时候所需要的功耗，视频的DSP或视频的硬件在解码的时候除了他本身所需要的功耗比之外，另外一个部分是这个DSP在对外做memory传输的时候，它的带宽的需求，它的带宽需求如果高的话，表示它的memory的动作就多，动作越多在电子信号里面就表示比较消耗电，所以你的视频方案可以对外的memory的传输的需求能够降低的话，对整IC设计，功耗的要求就会跟随着降低，我们过去的经验显示，如果说您可以在视频系统对外memory的功耗如果能够降低百分之三十的话，整体的功耗就可以降低百分之十，这个整体的功耗就代表屏幕的功耗。

　　Q3:请问，音视频IP在整个SOC中所占的比重大约为多少？

　　A3:音视频IP在SOC中作占的比重大约是三分之一到二分之一，因为视频方面需要比较多的面积来解决。

　　Q4:请问Tensillica处理器在与ARM总线互连时需要什么样的特别设计？

　　A4:Tensillica的处理器与外部设备的链接主要是通过PF总线，如果客户需要和ARM总线上的设备来连接，我们也可以提供PF总线到 HB或者是AXI总线的调节器，这个调节的过程其实是非常简单的，并且是有Tensillica 提供的。

　　Q5:请问，一个系统中要集成音频数据，那么设计时应注意哪些问题？

　　A5:一个系统中要集成音频数据，并没有太多特别需要注意的事项，主要是看用户对音频系统的运用，如果说在一个通常情况下，提成音频部分进去的话，我们会把它当作协处理器的方式来处理，和其它的协处理器相比自动协处理器没有特别不同的地方。

　　Q6:低功耗的音视频典型功耗的具体值是多少？

　　A6:一般来说，低功耗是指在一个IC里面，音视频的子系统它的功耗不能够超过整个IC的50%,一般来说，一个IC它的功耗储存大约是在200到300瓦特/分钟之间，所以我们把音视频系统整个加起来，它的功耗能够降低到150瓦特/分钟之内，我们现在的设计目标是把音频系统典型的功耗减低到100瓦特/分钟之内。

　　Q7:Tensilica 对其IP的授权是采用什么模式？是否和ARM一样？

　　A7:ATM的授权模式一般是提供给大家迎合，而Tensilica 是可配置处理器，所以我们授权给客户的一般都是软核，也就是RTL模式， 考虑到知识产权的保护，我们可能会对RTL进行加密处理。但是我们同时提供给用户针对这个RTL和不同的工艺厂商的综合脚本以及后端流程的处理脚本，所以用户很方便的用我们提供的RTL以及各种综合以及后端的脚本，在不同的厂商之间进行选择。

　　日趋复杂的音频编解码格式对性能的需求不断增长，要求处理器的主频也不断提高。然而，提高主频会给设计带来一系列的问题，更高的主频意味着更高的功耗，更多的发热量，需要容量更大的电池，为了散热而增加的风扇也会增加产品成本，并会带来令人讨厌的噪音。SoC设计过程中，更高的处理器主频同时会使时序收敛变得更困难。所有这些问题都应该引起设计者的注意。