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DSP +CPU的結合:物聯(lián)網(wǎng)處理的*佳選擇

一般認為,在需要數字信號處理時(shí)(在調制解調器的物理層、智能揚聲器的麥克風(fēng)波束形成或跟蹤設備的地理定位時(shí))要使用DSP。如果需要數字控制(運行協(xié)議?;蚬芾硪纛l編解 碼 器或GNSS的控制方面 ),則要使用MCU。由于典型的物聯(lián)網(wǎng)設備需要這兩種功能,因此必須使用兩個(gè)或更多內核。對于對續航時(shí)間要求不高的高利潤設備,這也許不是什么大問(wèn)題,但對許多物聯(lián)網(wǎng)應用而言這可能是一個(gè)嚴重缺點(diǎn)。對于這類(lèi)應用,經(jīng)優(yōu)化的復合處理器可以更經(jīng)濟高效地滿(mǎn)足這兩種需求,并延長(cháng)設備續航時(shí)間。我們對此進(jìn)行了非常詳細的分析;我們認為這樣的解決方案不僅可行,而且在各種物聯(lián)網(wǎng)應用中具有很強的競爭力。

想想共享單車(chē)或共享踏板車(chē)。這些設備顯然需要跟蹤,因此嵌入式設備必須能夠確定位置,針對這個(gè)問(wèn)題的現代解決方案是使用GNSS(全球導航衛星系統)。它還必須能夠進(jìn)行通信,由于通常遠離藍牙網(wǎng)或Wi-Fi接入點(diǎn),因此蜂窩接入是理想平臺。由于不需要傳遞大量數據,NB-IoT是*理想的協(xié)議??紤]到用戶(hù)對**性和隱私性的需求增加,還需要一定程度(可能遠多于預期)的本地計算。

 

這樣一來(lái),你的簡(jiǎn)單設備必須支持4G(可能是5G)、GNSS、應用程序和加密,也許還需要**區/**啟動(dòng)。但是,你計劃將數以千計的這類(lèi)設備投放到許多城市的許多地點(diǎn),能否提供*佳可用性和具競爭力的價(jià)格將決定企業(yè)的存亡。因此,盡可能降低成本和能耗(減少維護)成為決定企業(yè)存亡的關(guān)鍵。

 

我們認為應該特別關(guān)注這些應用中的計算需求,特別是數字信號處理和數字控制的平衡。我們首先研究了NB-IoT連接、GNSS和**標準的基礎算法。我們將以約100MHz運行的資產(chǎn)跟蹤器應用程序的活動(dòng)分解為DSP功能(基帶調制解調器和物理層控制的某些部分)和控制功能(協(xié)議棧、**性和一般系統管理)。對于NB-IoT不經(jīng)常通信的輕量級應用程序,我們發(fā)現時(shí)鐘周期的消耗構成如下:

  • 調制解調器PHY(主要是DSP) - 約35%

  • L1控制(DSP和控制) - 約25%

  • 協(xié)議棧(主要是控制) - 約40%

在此,信號處理和控制的時(shí)鐘周期分布非常均勻,說(shuō)明合并處理器是合理之舉。如果不能同時(shí)運行這兩種功能,是否會(huì )影響性能?其實(shí)不會(huì )。這些都不是高性能應用程序。在需要處理速度的情況下(比如*新eNB-IoT版本),通??赏ㄟ^(guò)將功能排序降低凈能耗。讓每個(gè)功能依次快速運行和停止,這是能源管理的常見(jiàn)做法。

 

為擴展我們的分析范圍,我們研究另一種熱門(mén)應用——聲音處理和語(yǔ)音控制。想想智能揚聲器、無(wú)線(xiàn)耳塞、可穿戴設備、聲控設備以及由特殊噪音(如玻璃破碎)激活的**設備。這些應用具有不同的需求組合:音頻編解 碼 器(如杜比音樂(lè )播放)、語(yǔ)音/聲音拾取降噪、以及用于識別觸發(fā)短語(yǔ)甚至有限詞匯以便進(jìn)行設備控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理。

 

在此,我們使用杜比全景聲(Dolby Atmos)以及內部降噪和語(yǔ)音識別基準來(lái)按時(shí)鐘周期分析活動(dòng),并發(fā)現以下大致分布:

  • 音頻編解 碼 器 - 控制占70% ,DSP占30%

  • 降噪 –DSP(許多濾波器)占90%,控制占10%

  • RNN / LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ) -  DSP占60%,控制占40%

這些用例更多地偏向DSP活動(dòng),但控制活動(dòng)仍占一定比例,因此采用組合核心是合理做法。

 

在一個(gè)處理器中組合兩個(gè)功能的理由看起來(lái)非常充足,但這不僅僅是將一些MAC納入控制器。 DSP必須達到嚴格的DSP應用標準,比如*新通信標準。因此,它需要16x16和32x32 MAC、SIMD以及對GNSS需要的浮點(diǎn)和雙精度浮點(diǎn)的本地支持。隨著(zhù)NB-IoT和不同GNSS標準的不斷發(fā)展,該架構必須特別靈活,以便在軟件層面進(jìn)行調整。同時(shí),這樣的解決方案必須作為控制器高效運行、代碼尺寸非常緊湊(很多數字處理DSP在這方面效率不高)和高效的開(kāi)箱即用C語(yǔ)音開(kāi)發(fā)支持,以便連接既有代碼或者開(kāi)放生態(tài)系統代碼。

 

我們基于這一理念開(kāi)發(fā)出CEVA-BX1和CEVA-BX2內核。*近的Linley Group報告中對它們進(jìn)行了審核。該報告提供了詳細技術(shù)細節,并說(shuō)明平臺可獨自執行(對另一種解決方案)需要DSP IP和MCU IP一起才能完成的任務(wù)。這值得任何關(guān)注能耗和成本的人深思。



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