媒体处理系统SoC是VLSI的研究热点,本文主要研究了可编程媒体处理系统的结构、任务调度、总线数据调度和存储体系结构等关键问题。 媒体处理系统结构根据其实现方式的不同,可划分为两种体系结构: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的发展,业界倾向于可编程媒体处理系统芯片。本文在微处理器的媒体增强结构设计中,针对媒体处理算法特点,并结合MD32体系结构,进行了媒体指令扩展设计的讨论,提高了媒体增强微处理器核的性能。通过对两种体系结构的探讨,作者提出了一种基于双核的可编程媒体处理系统芯片的硬件结构,并实现了兼容MPEG的数字音视频解码系统芯片的设计。另外,本文还展开了MD32在媒体处理系统SoC中重用性研究,通过媒体处理器MD32核在媒体处理系统中的重用,使整个系统协同工作,并提高了系统的灵活性和可编程性。 媒体处理系统是一个复杂的实时处理系统,众多的任务在系统内部有限的硬件资源上运行。软硬件任务调度成为实时媒体系统芯片设计的重要问题。本文以浙江大学自主开发的基于双核的可编程数字音视频处理系统为例,采用软硬件协同设计方法,通过系统的任务映射将系统中各个任务分解为两类:一类是与主控微处理器RISC32相关的任务,而另一类是与媒体处理器MD32相关的任务。对于主控微处理器内的任务,通过分析软件任务中程序流和数据流的特点,提出相应的任务调度方案;而对于与媒体处理器相关任务,通过结构和任务的优化,在提高处理器核计算资源利用率的同时,提出了数据驱动的控制策略以实现视频的实时解码。 本文针对媒体系统芯片设计中的总线调度和数据传输问题,提出了一种增强式的总线接口结构进行批量数据传输,并在此总线接口结构的基础上对总线仲裁方案进行优化,提出一种“最高固定优先级”和“动态优先级”相结合的仲裁策略,从而不仅满足片内严格实时性任务的要求,而且也满足了媒体系统整体性能的要求。鉴于存储结构也是媒体处理系统的关键问题之一,本文再提出了一种适合于媒体应用的分层存储结构,系统可以通过该存储结构对媒体数据进行“预取”,使系统的数据计算和搬运在时域上达到并行,提高系统整体性能。根据媒体数据调度特点和系统结构,我们还设计了多通道的二维DMA控制器,采用二维DMA进行数据传输,进一步发挥了这种分层存储结构的性能。