媒体处理系统芯片结构根据其实现方式的不同,可分为两种结构:专用集成电路媒体处理系统芯片和可编程媒体处理系统芯片。近年来,随着半导体技术和微处理器技术以及媒体处理算法(如音频、视频)不断地在发展,业界更倾向于采用基于DSP的媒体处理系统芯片结构,基于DSPs(集成多个DSP)的媒体处理系统芯片设计也成为了VLSI领域的研究热点。本文主要研究了基于DSPs的媒体系统芯片设计中几个关键问题:DSP结构、微结构设计,媒体系统芯片结构、任务调度策略设计。 在过去的几年,浙江大学信息与电子工程学系SOC R&D小组研发了具有自主知识产权RISC/DSP结构MD32系列处理器的第一个成员:MediaDSP3201。 事实上,DSP结构一直是在应用算法的驱动下发展的。在本文中,为进一步提高MediaDSP3201的媒体处理性能,根据媒体处理的算法特点,展开了MediaDSP3202的设计研究。MediaDSP3202继承了MediaDSP3201的RISC/DSP混合体系结构及其指令集,并扩展了支持128比特SIMD操作的EMS指令集和支持比特操作的VLD解码并行指令以及有利于提高IDCT/MC算法实现性能的部分专用SIMD指令。 在DSP微结构设计方面,本文根据MD32系列处理器的流水级特点,给出了一种分布式数据旁路机制设计策略,有效避免了处理器在执行过程中不必要的流水级停顿,并通过“数据转发链模型”实现。此策略在考虑转发效率的同时,通过电路优化避免转发电路对流水级时延的影响,以提高处理器整体性能。 通过对两种体系结构的比较,我们自主研发了基于双处理器的可编程媒体处理系统芯片的硬件结构,并完成了兼容MPEG的数字音视频解码系统芯片MediaSOC3221A的设计。 对一个基于DSPs的媒体处理系统芯片而言,除了需要DSP核的相关优化设计以外,系统结构、任务分配和调度等设计问题同样非常关键。基于DSPs的媒体系统芯片任务调度包括两类:处理器任务调度和总线任务调度,而处理器任务调度又分为全局任务调度和局部任务调度,本文对媒体系统芯片的任务调度问题展开了研究。 以MediaSOC3221A为例,通过对数据输入流模型的分析,进行了系统软硬件任务的划分,采用了一种静态的处理器全局任务调度方法:主控微处理器RISC32完成系统层解码、音频解码、系统控制等任务;媒体处理器MediaDSP3201则完成视频解码相关的任务,并对两个处理器的局部任务调度做了进一步的优化设计。考虑媒体系统芯片的周期性和非周期总线调度任务特性,本文给出了一种基于动态优先级的实时总线调度策略,所给设计方法普遍适用于多请求源总线任务调度的多媒体系统芯片设计中。