基于CEVA DSP BX2的架构分析（一）

目录

1.背景分析

1.1 5G通信的发展和基带处理器的关键作用

1.2 CEVA DSP架构的应用领域

2. CEVA-BX架构框架

2.1 处理器亮点

2.1.1指令级并行性

2.1.2 高级编程

2.1.3 软核设计（Soft SIP）

2.1.4 开发工具、软件和平台

2.2 CEVA-BX2功能集

2.3 开发工具和可交付成果

2.3.1 软件开发工具

2.3.2 CEVA-BX2完整的软SIP包

2.3.3 RTL到GDSII流量

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1.背景分析

1.1 5G通信的发展和基带处理器的关键作用

5G通信的发展和基带处理器的关键作用主要表现在以下几个方面：

1. 高速数据传输：5G通信技术采用了更高的频段和更大的带宽，可以实现更高的数据传输速率和更低的延迟。这使得基带处理器需要支持更快的数据传输和处理速度，以满足5G通信的需求。
2. 复杂信号处理算法：5G通信采用了多种复杂的信号处理算法，包括OFDM、MIMO、LDPC等，这些算法需要高性能的DSP支持。基带处理器需要具备强大的计算能力和高效的指令集，以实现这些算法的高效运行。
3. 高效能源管理：5G通信技术需要支持更大的网络容量和更低的能耗，这要求基带处理器具备高效的能源管理能力，包括低功耗设计和智能能源管理等。
4. 灵活性和可扩展性：5G通信技术需要支持多种不同的应用场景和业务类型，这要求基带处理器具备灵活性和可扩展性，能够适应不同的应用需求。
5. 高可靠性和稳定性：5G通信技术需要支持高可靠性和稳定性的业务，这要求基带处理器具备高可靠性和稳定性，能够保证业务的正常运行。

基带处理器是5G通信系统中的关键部件之一，它需要支持高速数据传输、复杂信号处理算法、高效能源管理、灵活性和可扩展性以及高可靠性和稳定性等需求。CEVA DSP架构作为一种高效的DSP架构，为基带处理器的发展提供了有力的支持

1.2 CEVA DSP架构的应用领域

目前，CEVA DSP架构的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几种：

1. 5G通信：5G技术是移动通信领域的全新革命，为数字生活带来了前所未有的连接能力和通信体验。CEVA DSP架构为5G通信提供了高效和可靠的解决方案，支持各种复杂的信号处理算法。
2. 智能感知：智能感知技术是物联网、智能家居、自动驾驶等领域的关键技术之一。CEVA DSP架构为智能感知设备提供了高性能的信号处理能力，可以支持各种传感器数据的采集、处理和分析。
3. 音频/视频处理：CEVA DSP架构在音频/视频处理领域也有着广泛的应用，它可以支持各种音频/视频编解码算法，以及图像处理和增强算法。
4. 工业控制：工业控制领域需要处理各种复杂的信号和数据，CEVA DSP架构的高效性和可靠性为工业控制领域提供了有力的支持。
5. 嵌入式系统：嵌入式系统在各个领域都有广泛的应用，CEVA DSP架构可以为嵌入式系统提供高性能的信号处理能力，支持各种算法的运行。

CEVA DSP架构的发展和应用领域非常广泛，它已经成为移动通信、物联网、智能家居、自动驾驶等领域的核心技术支持之一。

2. CEVA-BX架构框架

2.1 处理器亮点

2.1.1指令级并行性

CEVA-BX2体系结构独特地混合了超长指令字（VLIW）和单指令多数据（SIMD）体系结构：

• VLIW体系结构支持高级别的并发指令处理，这既提供了扩展的并行性，也提供了低功耗。
• SIMD体系结构使单个指令能够在多个数据元素上操作，从而减少代码大小并提高性能。

通过指令和专用机制，CEVA-BX2也实现了低功耗。

2.1.2 高级编程

CEVA-BX2体系结构支持用高级语言进行高效编程，这大大降低了开发成本和上市时间。

CEVA-BX2体系结构与CEVA提供的CEVA-BX2 C编译器一起设计。它是一种非常高效、优化的C驱动架构编译器，与单核设计一起，促进了目标SoC中更容易的开发、集成和调试工作。

2.1.3 软核设计（Soft SIP）

CEVA-BX2设计实现基于软核，使客户能够从模具尺寸、功耗和性能方面选择最佳工作点。此外，客户在选择铸造厂、工艺和补充IP方面具有完全的灵活性。

CEVA-BX2 IP集成了一个完全自动化的设计流程，支持主流的电子设计自动化（EDA）工具，这大大缩短了上市时间。CEVA-BX2设计可以移植到可用于产品原型制作、系统集成、设计加速和澄清的现场可编程门阵列（FPGA）。

2.1.4 开发工具、软件和平台

CEVA-BX2由一整套硬件工具和软件开发工具（SDT）支持：

• 硬件工具包含各种模块化开发系统板和相关附件。
• SDT包括C编译器、宏汇编程序、链接器、调试器、模拟器和探查器，以及在集成开发环境（IDE）下工作的实用程序和DSP库。

还提供了包含CEVA-BX2、DMA控制器、功率缩放单元（PSU）、CPU接口以及大量外围设备和接口的DSP硬件平台。

CEVA通过其第三方网络提供其他软件和算法。

2.2 CEVA-BX2功能集

CEVA-BX2体系结构包括以下功能：

• 软SIP，完全可合成，单边时钟设计，独立于进程和库
• 高代码紧凑性是由于：
  • 可变指令宽度（16位、32位、48位和64位）
  • 可变大小指令包
  • 指令复制方法
  • 强大的指令集功能
• 所有指令都支持预测：
  • 有条件执行
  • 控制和开销代码的周期计数和代码大小减少

• 增强的寄存器文件，包括32个32位通用寄存器，用于标量操作和地址生成
• 两个标量处理单元（SPU），每个支持：
  • 16位和32位操作
  • 四个16×16位乘法器
  • 一个或两个32×32位乘法器（第二个乘法器是可选的）
  • 两个MAC操作（SIMD），进入32位或64位累加器
  • 16位和32位复数算术支持
  • 通过将字节隐式打包和解包到SPU，支持8x8位和16x8位乘法
  • 完全支持位操作和逻辑单元
  • 单精度、半精度和双精度浮点运算
  • SIMD操作
• 用于访问数据存储器的独立加载/存储单元（LSU）：
  • 同时进行128位加载和128位存储操作的最大带宽
  • 多种数据寻址模式，包括：
    • 间接寻址
    • 模寻址
    • 直接寻址
    • 索引寻址
    • 堆栈寻址
  • 4 GB程序和数据地址
  • 字节可寻址数据空间
  • 未对齐的数据内存访问
• 程序控制功能包括：
  • 用于加速分支和循环执行的分支目标缓冲区（BTB）
  • 具有无限嵌套和上次迭代预测的专用循环支持
  • 一种循环缓冲器，用于存储可以在不从程序存储器中重新提取代码的情况下执行的短循环
  • DSP内核中高效循环展开和尾迹代码缩减的部分执行机制
  • 主管和用户权限级别

• 程序存储器子系统，包括：
  • L1程序存储器
  • 一级四路程序缓存
  • 用于SoC连接的专用AXI主总线
  • 程序直接内存访问（DMA）
• 数据存储器子系统，包括：
  • L1数据存储器
  • 数据DMA可用于后台数据传输
  • DMA任务队列管理器
  • 用于硬件加速器连接的专用AXI主端口和从端口（如果配置了AXI端口）
  • 单独的I/O空间用于外围连接
  • 所有IPM、程序标签和程序集RAM块上的单纠错（SEC）和双错误检测（DED）
• 完全注册的存储器接口
• 队列和缓冲区管理器
• 中断控制器
• 通用和看门狗定时器
• 通过JTAG端口或与CoreSight兼容的APB从总线提供调试支持
• 标准系统接口，便于与现有SoC集成（AXI或AHB Lite，根据配置）

2.3 开发工具和可交付成果

CEVA-BX2提供了一整套功能强大的软件和硬件开发工具。

2.3.1 软件开发工具

软件开发工具（SDT）可用于CEVA-BX2上的软件应用程序开发。该软件包包括一个基于IDE的高级工具链。CEVA-BX2 SDT可用于所有PC/Windows平台以及Linux平台。

2.3.2 CEVA-BX2完整的软SIP包

CEVA-BX2是一种软硅知识产权（SIP），可缩短DSP子系统开发的上市时间。SIP源代码是用HDL编写的，HDL与进程无关，并且可以使用各种进程轻松地嵌入到SoC中。

软SIP中的一个关键元素是将其打包并交付给客户的方法。该软件包包括HDL代码和一组广泛的可交付成果，使客户能够以最简单和直接的方式处理自己的设计流程。仿真、验证、合成和布局环境以及高级文档都包含在交付中，作为客户的参考，以实现核心的快速平滑集成。

2.3.3 RTL到GDSII流量

CEVA-BX2 IP包包括基于高级物理合成的完整RTL到GDSI流，包括合成脚本、可调整约束、详细描述和合成指导步骤。这些脚本是健壮的，包含了合成的所有知识，专门用于特定的RTL代码。