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MAP-CA宽带数字信号处理器的原理及其应用
摘要：介绍赤道公司（Equator）的MAP-CA宽带数字信号处理器，提出了一种宽带应用中高性能的单芯片解决方案，给出一个应用实例。关键词：宽带信号处理机 超长指令字 媒体加速处理器
作为消费类电子设备市场上综合宽带数字通讯和媒体处理器核心设备的主要供应商，赤道（Equator）技术公司推出了一款高速宽带数字信号处理器MAP-CABSP，在300MHz的时钟周期运行速度下，其处理能力为30 GOPS（每秒300亿次整数运算），处理速度相当于Pentium III的6.4倍，是其它解决方案的10倍以上。其核心功能是通过软件为高性能、大视频流的宽带应用而设计的。可编程序的芯片允许服务提供者展开更多的服务和功能，如time-shifting、安全媒体播放及有针对性的广告。在高性能的宽带应用产品中如机顶盒、数字电视、视频会议系统、医疗图像产品、数字视频编辑系统和办公自动化等有着广泛的应用前景。MAP-CA是Equator公司MAP系列超长指令字处理器中的一种。
1 系统框图
MAP-CA宽带信号处理器（BSP）内部框图如图1所示。主要包含一个超长指令字处理器内核（The VLIW core）、一个可编程位流协处理器（The VLx）、视频滤波协处理器、显示刷新控制器和丰富的数字I/O接口等。MAP-CA支持各种用软件实现的视频、图像以及信号的压缩和解压缩，这种软件实现的算法相对硬件实现有很大的优越性，升级非常方便。
2 硬件接口
MAP-CA的硬件接口包括视频输入输出接口、音频输入输出接口、PCI总线接口、SDRAM接口、显示控制器接口、I2C接口、ROM控制器接口和标准的在线可编程JTAG接口等。
2.1 视频输入输出接口
MAP-CA有两个视频输入口和一个视频输出口。每一个输入口都支持MPEG-2传输通道接口（TCI）或者ITU-RBT.601/656信号格式。输出口支持ITU-R BT.601/656兼容信号。更让人称奇的是，这几个视频输入输出口还可以作为通用的数据传输端口。
在TCI接口模式下，视频输入接口可以按串行或者并行方式输入MPEG-2视频数据包。默认情况下，串行数据在tci_data[0]输入，并行数据在tci_data[7:0]输入，TCI接口能智能判断输入数据包中的同步位，或者利用外部的tci_cync信号同步输入数据。一旦检测到同步信号，MAP-CA就会把数据送到片内的存储器中。
对于ITU-RB RT.601/656的输入信号，外部只需另接一个视频编码器（如Philips公司的SAA7111A芯片）就可把NTSC/PAL制式的信号转换成ITU-R BT.656信号，解码器还可以用系统自带的I2C总线来控制。视频输入输出接口支持单独的H/V同步（ITU-R BT.601）或者内嵌同步信号（ITU-R BT.656）信号，可以无缝地实现与NTSC/PAL视频编码器的接口。同样可以采用系统自带ITU-R BT.656的I2C总线来控制NTSC/PAL视频编码器。
作为通用数据传输端口（GPDP）时，可以像普通的数据端口一样，进行8位数据的并行输入输出。再加上一个时钟和一对握手信号，这个接口提供了多个MAP信号处理器连接的另一种实现方式。这个数据端口支持的最高数据传输率可以高达60Mbps。
2.2 音频输入输出接口
MAP-CA支持多种音频接口格式。它有一个IEC958音频接口和一个I2S接口。其中IEC958音频接口支持索尼、飞利浦数字接口S/PDIF、AES/EBU接口、TOSLINK接口。I2S接口主要用在家庭影院中高质量的音频D/A转换器上，MAP-CA的I2S接口符合标准的串行协议，最多可以接3个立体声DAC和一个DAC，支持48kHz、44.1kHz和32kHz的音频采样频率。该接口还支持主、从两种工作模式。
2.3 PCI总线接口
MAP-CA的PCI总线接口与PCI 2.1规范完全兼容，最高数据传输率高达66Mbps。PCI接口中的配置寄存器在芯片上电时由ROM控制其初始化。MAP-CA的PCI接口作为PCI总线的目标设备时，通过PCI接口可以访问MAP-CA内部的SDRAM，还可以访问一些相对程序员透明的控制寄存器、PIO空间等。作为PCI主控器，PCI接口可以用超长指令字内核（VLIW core）、协处理器来初始化PCI总线请求，还可以发起内存、I/O和配置命令。MAP-CA可以作为PCI总线上的主机。它有三对申请/应答信号线，使得在多处理器系统应用中最多可以有4个MAP-CA同时接到PCI总线上而不需要任何中间转接装置。MAP-CA是一个单一3.3V供电的器件，如果在5V PCI总线结构系统中使用，需要一个3.3V～5V的电平转换芯片即可。
2.4 SDRAM接口
SDRAM接口控制单元最多允许用户外接128MB的SDRAM，而不需要任何外部逻辑。外部的PCI主设备还可以通过PCI接口单元的地址译码单元来访问SDRAM。存储控制接口还包括一个可编程硬件单元，可以实现数据从存储器到存储器、从存储器到高速缓存的传送、排队等操作。片内的锁相环产生存储控制单元的时钟信号，并利用这个时钟实现MAP-CA与SDRAM的同步，极大地方便了CPU核与各种速度不同的存储器的匹配。
2.5 显示刷新控制器接口
显示控制器接口（Display Refresh Control,DRC）里有很多高档的图形显示技术，复杂视频混合、2D图像混合、导航服务都在显示硬件接口里得到了很好的实现。该接口还支持色彩空间转换、图形γ校正，输出的格式有YcbCr和RGB两种。DRC支持的最大分辨率是1280×1024。当时钟频率达到108MHz时，可以支持16位象素格式。
2.6 I2C接口单元
I2C总线是Philips公司开发的一种串行通信总线。它利用两根双向的（数据经SDA、时钟线SCL）实现器件与器件之间（IC与IC之间，简称I2C：integrated-circuit interface circuit）的串行通信。MAP-CA既可以作为I2C总线上的主机，又可以作为从机来与外部I2C总线设备交换地址数据信息。与
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