【導(dǎo)讀】IP 語(yǔ)音 (VoIP) 已成為有線和無(wú)線電信設(shè)備制造商增長(zhǎng)快的應(yīng)用之一。VoIP 不僅為終用戶提供了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的語(yǔ)音通話接入，而且還使媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)人員能夠設(shè)計(jì)出滿足多種不同目的的設(shè)備——這種情況通常會(huì)給雙方帶來(lái)成本效益。
IP 語(yǔ)音 (VoIP) 已成為有線和無(wú)線電信設(shè)備制造商增長(zhǎng)快的應(yīng)用之一。VoIP 不僅為終用戶提供了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的語(yǔ)音通話接入，而且還使媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)人員能夠設(shè)計(jì)出滿足多種不同目的的設(shè)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、 然而，事實(shí)恰恰相反。隨著 VoIP 獲得越來(lái)越多的認(rèn)可，設(shè)備制造商的利潤(rùn)率因應(yīng)用程序的競(jìng)爭(zhēng)性質(zhì)以及設(shè)計(jì) IPPBX 和網(wǎng)絡(luò)的高成本而被化。多服務(wù)訪問(wèn)節(jié)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(shè)計(jì)了專有的硬件/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(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。因此，大多數(shù) VoIP 功能目前使用 DSP 技術(shù)來(lái)提供，但也面臨著一系列新的挑戰(zhàn)。
作為媒體網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)電話交換機(jī)設(shè)計(jì)師們面臨著一項(xiàng)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(shè)計(jì)人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，只有市場(chǎng)上非常高端的 DSP 才能支持他們復(fù)雜的應(yīng)用/接口，包括SGMII 以太網(wǎng)或快速IO。
因此，當(dāng)需要在大型系統(tǒng)中互連這些 DSP 時(shí)，通常會(huì)使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 將設(shè)備粘合在一起并執(zhí)行諸如數(shù)據(jù)包傳輸背壓或數(shù)據(jù)包分類等功能。這就是可編程邏輯進(jìn)入硬件設(shè)計(jì)的地方。
應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)性能結(jié)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(shè)備
盡管所有 VoIP 應(yīng)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(yīng)用程序所需的接口可能完全不同。
例如，專為基于主機(jī)的媒體處理 (HMP) 卸載而設(shè)計(jì)的 PCI 卡需要一個(gè)PCI Express 接口，而 aMSAN 可能需要一個(gè)輕量級(jí)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(duì)于設(shè)計(jì)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(xiàn)成的、一招多用的小馬。這種技術(shù)靈活性使設(shè)計(jì)人員能夠探索更具成本效益的做事方式，但他們通常可以發(fā)現(xiàn)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(qiáng)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(tǒng)的理想互連方式。
USB 集線器設(shè)備不僅在設(shè)計(jì)上可熱插拔，而且比以太網(wǎng)交換機(jī)更便宜、更簡(jiǎn)單，這意味著系統(tǒng)的基本成本更低。此外，隨著系統(tǒng)的發(fā)展，“尤其是基于刀片的系統(tǒng)，增量成本會(huì)降低，因?yàn)閷?duì)于添加到系統(tǒng)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(shù) DSP 不提供 USB 支持，使設(shè)計(jì)人員只能采用高成本的產(chǎn)品模型。令人高興的是 FPGA 供應(yīng)商為此類接口提供了 IP 內(nèi)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(shè)計(jì)人員將能夠準(zhǔn)確獲得所需的接口，而無(wú)需購(gòu)買功能齊全的 DSP 所需的成本和副作用。但如今，大多數(shù)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(shù)。
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(dǎo)致設(shè)計(jì)延遲。
盡管一些制造商嘗試將 FPGA 與 DSP 結(jié)合起來(lái)以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)涅槃——特別是在 DSP 接口被認(rèn)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(shè)備發(fā)揮其擅長(zhǎng)的作用。在該方法中，DSP僅充當(dāng)DSP。
物理封裝包含高性能、多核器件，并使用單個(gè)存儲(chǔ)器接口與 FPGA 進(jìn)行通信（下圖 1）。在這種情況下，DSP 內(nèi)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(yīng)商為每個(gè)主要應(yīng)用提供交鑰匙 FPGA 設(shè)計(jì)，然后可以根據(jù)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(biāo)應(yīng)用。
圖 1：連接 DSP 和 FPGA 的單個(gè)存儲(chǔ)器接口
在成本敏感、時(shí)間緊迫的市場(chǎng)中，F(xiàn)PGA/DSP 方法的優(yōu)勢(shì)是其靈活性。如有必要，F(xiàn)PGA 可以在現(xiàn)場(chǎng)重新編程。此外，F(xiàn)PGA 始終是每個(gè)新工藝節(jié)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)。隨著互連標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，可以非?？焖俚貙⒃O(shè)計(jì)重新定位到的結(jié)構(gòu)，無(wú)論是 PCI Express、RapidIO 還是專有接口。
當(dāng)設(shè)計(jì)人員評(píng)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(jié)每個(gè)設(shè)備的成本。DSP 和 FPGA 相結(jié)合的方法可節(jié)省許多成本。例如，有多種可用的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：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(shè)計(jì)人員可以從大量以太網(wǎng)交換機(jī) 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(jī)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(jī)。
成本節(jié)省可以進(jìn)一步擴(kuò)展到電氣接口之外。例如，許多大型 OEM 使用專有標(biāo)頭或標(biāo)志來(lái)幫助對(duì)數(shù)據(jù)包流量進(jìn)行分類。
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。這種類型的標(biāo)頭操作由 FPGA 在硬件中完成。這提供了確定性的性能，并將設(shè)計(jì)控制權(quán)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(shè)備或 TDM 背板之間已經(jīng)存在 FPGA。
目前使用 FPGA 是因?yàn)樾枰ㄖ七壿?，或者是因?yàn)?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(xiàn)在可以合并到前端 FPGA 中，從而節(jié)省更多資金和電路板面積。
媒體網(wǎng)關(guān)應(yīng)用正在以前所未有的速度出現(xiàn)。目前正在開(kāi)發(fā)的 VoIP 產(chǎn)品可能需要在幾個(gè)月內(nèi)適應(yīng)視頻應(yīng)用。其他應(yīng)用“例如無(wú)線”也即將出現(xiàn)。
因此，使用 FPGA 前端的另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是讓每天都面臨著想象未來(lái)任務(wù)的設(shè)計(jì)人??員的生活變得更加輕松。
當(dāng)今的 DSP 制造商發(fā)布的產(chǎn)品具有針對(duì)細(xì)分市場(chǎng)的特定應(yīng)用的功能集和接口。因此，很容易找到可以充當(dāng)通用 TDM 到 VoIP 網(wǎng)關(guān)的 DSP。
然而，如果設(shè)計(jì)人員面臨構(gòu)建高性能網(wǎng)真視頻 IP 會(huì)議單元的挑戰(zhàn)，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(dāng)困難且成本高昂。
借助允許訪問(wèn) I/O 技術(shù)以及符合標(biāo)準(zhǔn)的 IP 模塊的 FPGA 前端，設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)的組織中，設(shè)計(jì)人員可能會(huì)選擇開(kāi)發(fā)專用接口來(lái)滿足當(dāng)今客戶的需求并提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
價(jià)格壓力增加和設(shè)計(jì)周期縮短等挑戰(zhàn)繼續(xù)困擾著媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)人員。然而，使用與 FPGA 緊密耦合的 DSP 的設(shè)計(jì)人員能夠準(zhǔn)確獲得所需的接口，而無(wú)需增加成本或調(diào)試無(wú)用的 I/O 組。
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