【導讀】IP 語(yǔ)音 (VoIP) 已成為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電信設備制造商增長(cháng)快的應用之一。VoIP 不僅為終用戶(hù)提供了經(jīng)濟實(shí)惠的語(yǔ)音通話(huà)接入，而且還使媒體網(wǎng)關(guān)設計人員能夠設計出滿(mǎn)足多種不同目的的設備——這種情況通常會(huì )給雙方帶來(lái)成本效益。
IP 語(yǔ)音 (VoIP) 已成為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電信設備制造商增長(cháng)快的應用之一。VoIP 不僅為終用戶(hù)提供了經(jīng)濟實(shí)惠的語(yǔ)音通話(huà)接入，而且還使媒體網(wǎng)關(guān)設計人員能夠設計出滿(mǎn)足多種不同目的的設備——這種情況通常會(huì )給雙方帶來(lái)成本效益。
如果是網(wǎng)絡(luò )電話(huà)、 然而，事實(shí)恰恰相反。隨著(zhù) VoIP 獲得越來(lái)越多的認可，設備制造商的利潤率因應用程序的競爭性質(zhì)以及設計 IPPBX 和網(wǎng)絡(luò )的高成本而被化。多服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)節點(diǎn) (MSAN)在許多不同的通道密度下。工程成本不斷上升，產(chǎn)品價(jià)格不斷下降。
盡管許多公司已經(jīng)設計了專(zhuān)有的硬件/軟件媒體網(wǎng)關(guān)解決方案，但他們必須做出妥協(xié)才能提供具有成本競爭力的產(chǎn)品。因此，大多數 VoIP 功能目前使用 DSP 技術(shù)來(lái)提供，但也面臨著(zhù)一系列新的挑戰。
作為媒體網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò )電話(huà)交換機設計師們面臨著(zhù)一項艱巨的任務(wù)，即在時(shí)間敏感、不斷變化的環(huán)境中將具有成本效益的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，高科技的困境隨之而來(lái)：性能與功能。DSP技術(shù)的主要問(wèn)題是找到性能和接口的完美平衡。
例如，設計人員經(jīng)常發(fā)現，只有市場(chǎng)上非常高端的 DSP 才能支持他們復雜的應用/接口，包括SGMII 以太網(wǎng)或快速I(mǎi)O。
因此，當需要在大型系統中互連這些 DSP 時(shí)，通常會(huì )使用現場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA) 將設備粘合在一起并執行諸如數據包傳輸背壓或數據包分類(lèi)等功能。這就是可編程邏輯進(jìn)入硬件設計的地方。
應用程序可移植性是使用可編程邏輯的 DSP 的關(guān)鍵價(jià)值之一。相同的底層媒體處理技術(shù)可以在多種應用領(lǐng)域實(shí)現性能結果，例如：
– 大型媒體網(wǎng)關(guān)
– IP PBX
– HMP 媒體服務(wù)器卸載
– MSAN / 接入設備
盡管所有 VoIP 應用程序的基本功能集可能相同，需要相同的編解碼器和語(yǔ)音質(zhì)量功能列表，但每個(gè)應用程序所需的接口可能完全不同。
例如，專(zhuān)為基于主機的媒體處理 (HMP) 卸載而設計的 PCI 卡需要一個(gè)PCI Express 接口，而 aMSAN 可能需要一個(gè)輕量級接口來(lái)連接以太網(wǎng) PHY 和T1/E1 幀器，以及板上各種組件的大量粘合邏輯。
對于設計人員而言，DSP 的優(yōu)點(diǎn)之一是其固有的能力，可以使解決方案變得，而不是現成的、一招多用的小馬。這種技術(shù)靈活性使設計人員能夠探索更具成本效益的做事方式，但他們通?？梢园l(fā)現他們受到 DSP 支持的限制。
這就是可編程邏輯“FPGA”提供額外增強功能的地方。例如，在 IP PBX 中，USB（而不是以太網(wǎng)）是低成本系統的理想互連方式。
USB 集線(xiàn)器設備不僅在設計上可熱插拔，而且比以太網(wǎng)交換機更便宜、更簡(jiǎn)單，這意味著(zhù)系統的基本成本更低。此外，隨著(zhù)系統的發(fā)展，“尤其是基于刀片的系統，增量成本會(huì )降低，因為對于添加到系統中的每個(gè)處理刀片，都可以使用帶有 USB 接口的非常簡(jiǎn)單、低成本的 RISC 處理器。
遺憾的是，提供給 VoIP 網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)的大多數 DSP 不提供 USB 支持，使設計人員只能采用高成本的產(chǎn)品模型。令人高興的是 FPGA 供應商為此類(lèi)接口提供了 IP 內核，從而允許更新、成本更低的創(chuàng )新。
在完美的世界中，媒體網(wǎng)關(guān)設計人員將能夠準確獲得所需的接口，而無(wú)需購買(mǎi)功能齊全的 DSP 所需的成本和副作用。但如今，大多數高端 DSP 都具有多個(gè)高速接口（其中許多是不需要的），并且具有非常大的封裝和非常多的引腳數。
這些大型封裝是密集球柵陣列 (BGA)，價(jià)格昂貴，并且需要具有大量層的印刷電路板 (PCB)，這些都會(huì )導致設計延遲。
盡管一些制造商嘗試將 FPGA 與 DSP 結合起來(lái)以實(shí)現設計涅槃——特別是在 DSP 接口被認為不足或需要定制的情況下——但這種解決方案可能有點(diǎn)過(guò)頭了。它增加了不必要的成本和電路板空間，只是為了糾正 DSP 中的缺陷。
將可編程邏輯（FPGA）添加到全功能 DSP 的方法是讓每個(gè)設備發(fā)揮其擅長(cháng)的作用。在該方法中，DSP僅充當DSP。
物理封裝包含高性能、多核器件，并使用單個(gè)存儲器接口與 FPGA 進(jìn)行通信（下圖 1）。在這種情況下，DSP 內部的接口沒(méi)有任何承載成本，從而將面積和功耗保持在限度。
DSP 供應商為每個(gè)主要應用提供交鑰匙 FPGA 設計，然后可以根據需要由 OEM 進(jìn)行定制。所使用的 FPGA 可以是高端器件，也可以是非常小的低成本器件，具體取決于目標應用。
圖 1：連接 DSP 和 FPGA 的單個(gè)存儲器接口
在成本敏感、時(shí)間緊迫的市場(chǎng)中，FPGA/DSP 方法的優(yōu)勢是其靈活性。如有必要，FPGA 可以在現場(chǎng)重新編程。此外，FPGA 始終是每個(gè)新工藝節點(diǎn)發(fā)布的器件之一。
因此，它們始終支持具有功耗性能的 I/O 技術(shù)。隨著(zhù)互連標準的不斷發(fā)展，可以非?？焖俚貙⒃O計重新定位到的結構，無(wú)論是 PCI Express、RapidIO 還是專(zhuān)有接口。
當設計人員評估新產(chǎn)品時(shí)，重要的是要考慮解決方案的總成本，而不是真空地總結每個(gè)設備的成本。DSP 和 FPGA 相結合的方法可節省許多成本。例如，有多種可用的以太網(wǎng)標準：MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII等。
在決定如何將多個(gè) VoIP DSP 互連在一起時(shí)，硬件設計人員可以從大量以太網(wǎng)交換機 IC 中進(jìn)行選擇，或者考慮 FPGA 解決方案。如果某個(gè)以太網(wǎng)交換機提供了理想的價(jià)格點(diǎn)，但不支持DSP提供的接口，那么必須使用更昂貴的交換機。
成本節省可以進(jìn)一步擴展到電氣接口之外。例如，許多大型 OEM 使用專(zhuān)有標頭或標志來(lái)幫助對數據包流量進(jìn)行分類(lèi)。
使用 FPGA 前端，這變得微不足道，并且可以通過(guò)從 DSP 卸載某些任務(wù)來(lái)大大提高性能。這種類(lèi)型的標頭操作由 FPGA 在硬件中完成。這提供了確定性的性能，并將設計控制權掌握在 OEM 手中。
媒體網(wǎng)關(guān) DSP 通常包含一個(gè) TDM 接口，該接口連接到時(shí)隙交換器 (TSI) 或 T1/E1 成幀器。通常，DSP 和這些基于 TDM 的設備或 TDM 背板之間已經(jīng)存在 FPGA。
目前使用 FPGA 是因為需要定制邏輯，或者是因為 FPGA 提供更可靠的 I/O，可以承受背板上常見(jiàn)的高壓尖峰。這些 FPGA 任務(wù)現在可以合并到前端 FPGA 中，從而節省更多資金和電路板面積。
媒體網(wǎng)關(guān)應用正在以前所未有的速度出現。目前正在開(kāi)發(fā)的 VoIP 產(chǎn)品可能需要在幾個(gè)月內適應視頻應用。其他應用“例如無(wú)線(xiàn)”也即將出現。
因此，使用 FPGA 前端的另一個(gè)主要優(yōu)勢是讓每天都面臨著(zhù)想象未來(lái)任務(wù)的設計人??員的生活變得更加輕松。
當今的 DSP 制造商發(fā)布的產(chǎn)品具有針對細分市場(chǎng)的特定應用的功能集和接口。因此，很容易找到可以充當通用 TDM 到 VoIP 網(wǎng)關(guān)的 DSP。
然而，如果設計人員面臨構建高性能網(wǎng)真視頻 IP 會(huì )議單元的挑戰，那么 DSP 的選擇就非常有限。
在 DSP 之間傳遞壓縮或未壓縮視頻流所需的帶寬量是巨大的。為這個(gè)市場(chǎng)或任何其他新興市場(chǎng)尋找具有正確接口的 DSP 相當困難且成本高昂。
借助允許訪(fǎng)問(wèn) I/O 技術(shù)以及符合標準的 IP 模塊的 FPGA 前端，設計人員可以靈活地選擇正確的接口，而無(wú)需更改 DSP 軟件。在擁有大型 FPGA 團隊的組織中，設計人員可能會(huì )選擇開(kāi)發(fā)專(zhuān)用接口來(lái)滿(mǎn)足當今客戶(hù)的需求并提供競爭優(yōu)勢。
價(jià)格壓力增加和設計周期縮短等挑戰繼續困擾著(zhù)媒體網(wǎng)關(guān)設計人員。然而，使用與 FPGA 緊密耦合的 DSP 的設計人員能夠準確獲得所需的接口，而無(wú)需增加成本或調試無(wú)用的 I/O 組。
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