針對嵌入式多媒體應用選擇一個處理器是一項復雜的工作，涉及到對處理器內(nèi)核架構以及外設的全面分析，需要完全掌握視頻、音頻數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中傳輸方式，以及正確評價在一個可接受的功耗水平下可達到什么樣的處理能力。

到最近為止，解決這個問題的標準方法是將其劃分成由微控制器(MCU)芯片處理的“控制域”，以及由數(shù)字信號處理器(DSP)處理的“計算域”。RISC MCU和DSP傳統(tǒng)上適合于媒體豐富的嵌入式應用，然而，它們的用途不可互相替代，更確切地說，它們要協(xié)調(diào)一致地工作。MCU架構非常適合于高效率的異步控制流，而DSP架構的“生存之道”是同步恒定速度數(shù)據(jù)流(例如，濾波和變換操作)。

因為在當今的媒體處理應用中，兩種功能集都是必需的，工程師通常使用獨立的MCU和DSP芯片。這種組合為廣泛的多媒體應用提供了很好的處理引擎，但是增加了多媒體處理設計、多種開發(fā)工具組以及有待學習和調(diào)試的不同種類架構的復雜性。

為減輕這些問題，芯片廠商嘗試過不同的解決方案。不同的MCU廠商都集成了某些信號處理功能，例如指令集擴展以及乘法累加(MAC)單元，但是這種努力通常缺乏針對先進信號處理應用所要求的基本架構基礎。類似地，DSP生產(chǎn)商已經(jīng)包含了有限的MCU功能，但是不可避免地在系統(tǒng)控制方面有所妥協(xié)。

最近，出現(xiàn)了另外的選擇——單內(nèi)核以及雙內(nèi)核的嵌入式媒體處理器(EMP)架構，這種架構在一個統(tǒng)一的設計中提供了MCU和DSP功能，允許在控制和信號處理需求方面進行靈活地劃分。如果應用需要的話，EMP可以作為100%的MCU(代碼密度與行業(yè)標準一致)、100%的DSP(時鐘速度達到DSP技術的前沿)、或兩者之間的某種組合。

單內(nèi)核EMP架構評估

圖1顯示了一個單內(nèi)核EMP架構，這個架構融合了一個32位RISC指令集、雙16位MAC單元和一個8位視頻處理引擎。其可變長指令集擴展到DSP內(nèi)部環(huán)路所使用的64位操作碼，但是經(jīng)過了最優(yōu)化以便16位的操作碼代表最常用的指令。因此，編譯后的代碼密度可以與行業(yè)領先的MCU競爭，而其互鎖流水線和代數(shù)指令語法能促進在C/C++和匯編兩種環(huán)境中的開發(fā)。

像MCU一樣，EMP具有受保護和未受保護的兩種操作模式，防止用戶訪問或影響系統(tǒng)的共享部分。此外，它們提供定義不同應用開發(fā)空間的存儲器管理功能，同時防止截然不同的代碼部分被覆蓋。它們還允許異步中斷以及同步異常兩種功能，以及可編程的中斷優(yōu)先級。因此，EMP非常適合于嵌入式操作系統(tǒng)(此前是MCU的天下)。

在DSP方面，EMP結構使數(shù)據(jù)的流動有效率且性能非常高，所配備的外設支持高速串行和并行數(shù)據(jù)搬移。此外，EMP包含先進的電源管理功能，允許系統(tǒng)設計工程師、架構師以最低的動態(tài)功耗曲線精心設計。

圖1：單內(nèi)核嵌入式媒體處理器BF533的框圖

單內(nèi)核開發(fā)方法

在當今的設計范例中，MCU和DSP程序員通常被分成兩個完全獨立的組，兩方面的交互工作只發(fā)生在他們的功能范圍相交的“系統(tǒng)邊界”層面。這具有一定意義，因為兩個開發(fā)組都形成了他們自己的設計習慣。例如，信號處理開發(fā)工程師可能熟知處理器架構的細節(jié)本質(zhì)，能通過一些實現(xiàn)技巧來提高設計性能。

另一方面，MCU程序員可能更愿意采用這樣的模式：只須啟動器件，它就能完成所有的工作。這就是為什么EMP支持DMA和緩存存儲器控制器來在系統(tǒng)中搬移數(shù)據(jù)的原因。多個高速DMA通道在外設和存儲器系統(tǒng)中往返搬移數(shù)據(jù)，允許在不耗盡寶貴的內(nèi)核處理器時鐘周期的條件下，對控制進行精細地調(diào)整，這正是DSP設計工程師所追求的。相反地，片上可編程指令和數(shù)據(jù)緩存允許對管理代碼和數(shù)據(jù)采用一種傳遞方法，這種方式類似于MCU程序員的做法。通常，在系統(tǒng)集成層面，兩種方法的組合是最理想的。

一直以來，MCU和DSP開發(fā)團隊劃分的另一個原因是兩個處理器具有兩套不同的設計規(guī)則。從技術的角度來看，負責構建系統(tǒng)的工程師某些時候不愿意在同一個處理器上將“控制”應用與信號處理應用混在一起。他們通常擔心非實時的任務將影響到硬實時任務。例如，負責處理圖形用戶界面(GUI)或聯(lián)網(wǎng)堆棧的程序員不應該擔心妨礙系統(tǒng)的實時信號處理。當然，“實時”的定義會根據(jù)特定應用而變化。在某種嵌入式應用中，關鍵是在于服務一個中斷需要的時間。為此，我們假定在服務程序開始時，在發(fā)生中斷和系統(tǒng)環(huán)境被保存之間的時間幀小于十毫秒。

盡管MCU控制代碼通常用C語言編寫并且以為庫基礎，而實時DSP代碼通常采用匯編語言編寫，并由手動設計為給定應用提取最可能的性能。不幸的是，這種最優(yōu)化也限制了應用程序的可移植性，并因此也限制了在未來項目上兩個編程團隊之間對不同技巧和工具集的傳播。

然而，在引入EMP后，可以實現(xiàn)以C/C++為中心的統(tǒng)一代碼。這允許開發(fā)者利用以前開發(fā)的現(xiàn)成的大量應用程序代碼。因為EMP同時針對控制和信號處理操作兩種