不只是高性能DSP，軟件定義SoC給音頻汽車工業(yè)等應(yīng)用帶來多通道和AI等豐富功能

作者：牟濤， XMOS亞太區(qū)市場和銷售負(fù)責(zé)人

XMOS推出的基于其第三代xcore架構(gòu)的xcore.ai系列可編程SoC芯片，在一顆器件里面集成了邊緣AI、DSP、控制單元和I/O等功能，因而可以針對應(yīng)用利用軟件將其定義為不同的器件系統(tǒng)，在保持靈活性和可編程性的同時(shí)提供優(yōu)異的性能，從而可以有更快的速度和更低的成本完成全新器件系統(tǒng)的開發(fā)。

本文將介紹如何利用xcore.ai芯片開發(fā)DSP系統(tǒng)，并以XMOS與DSP Concepts近期宣布的合作協(xié)議為例，展示音頻開發(fā)人員如何將 XMOS的高度確定性、低延遲的 xcore.ai平臺與 DSP Concepts的 Audio Weaver軟件相結(jié)合，使用戶能夠利用多核架構(gòu)并采用圖形化方式去設(shè)計(jì)和調(diào)試音頻和語音解決方案。

靈活地構(gòu)建DSP系統(tǒng)

xcore能夠以最低的系統(tǒng)物料清單成本來構(gòu)建整個(gè) DSP系統(tǒng)，可支持包括定點(diǎn)和浮點(diǎn)格式的主要DSP工作負(fù)載。xcore平臺的靈活性還使解決方案能夠集成其他關(guān)鍵組件，例如 IO協(xié)議、控制算法甚至人工智能組件。xcore的獨(dú)特之處在于，整個(gè) DSP系統(tǒng)可以僅使用軟件構(gòu)建。

獨(dú)特的硬件可編程性

憑借其獨(dú)特的多線程、多核微架構(gòu)，xcore.ai提供了世界領(lǐng)先的具有可預(yù)測性的可編程能力，這對于需要極高實(shí)時(shí)性的 DSP應(yīng)用來說至關(guān)重要。xcore的獨(dú)特架構(gòu)可確保系統(tǒng)的不同部分互不干擾，從而提供 DSP系統(tǒng)（尤其是支持多采樣率的系統(tǒng)）所需的穩(wěn)健性、低延遲和可確保的執(zhí)行時(shí)間。

提供豐富的功能

xcore.ai是一種獨(dú)特的可編程處理器陣列——每個(gè)xcore.ai具有16個(gè)硬件線程（HART），它們分屬2個(gè)獨(dú)立多線程處理器“單元”，其中每個(gè)單元配備512kB的SRAM存儲(chǔ)空間，以及一個(gè)能夠完成高效塊浮點(diǎn)運(yùn)算的整數(shù)矢量單元，使每個(gè) HART都能執(zhí)行一套通用的控制、DSP、AI和 IO指令。強(qiáng)大的處理器間專用通信鏈路可在任意數(shù)量的xcore.ai芯片之間進(jìn)行高速通信，并將這些器件變成一顆更大的器件。所有這一切都在同一個(gè)、同質(zhì)和強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。

嵌入式 DSP

xcore.ai提供的多線程簡化了將具有硬件實(shí)時(shí)特性的DSP功能集成到單芯片嵌入式解決方案中的過程。

除了提供基本的DSP構(gòu)建模塊庫，XMOS還提供了一整套高級功能，例如 PDM接口、聲學(xué)回聲消除、噪聲抑制、異步采樣率轉(zhuǎn)換、自動(dòng)增益控制等。這些功能被封裝為參考應(yīng)用，可以隨時(shí)進(jìn)行修改和擴(kuò)展，以滿足特定應(yīng)用獨(dú)特的系統(tǒng)功能和接口要求，所有這些功能都被集成在一個(gè)高性價(jià)比的器件中。

主頻為800MHz的xcore.ai的高性能

800 MFLOPS的持續(xù)處理能力

1,600 MFLOPS的峰值處理能力

98,561 FFT/s

11,300浮點(diǎn)FFT/s

1,024-Pt復(fù)雜 FFT（Radix 2）/s

957M FIR filter taps/s

251M IIR filter (per biquad)/s

另外值得關(guān)注的是xcore.ai的可擴(kuò)展性——XMOS在片上設(shè)計(jì)提供專用的XMOS互聯(lián)鏈路，支持用戶將多顆xcore.ai芯片連接在一起形成更大的系統(tǒng)并無縫擴(kuò)展性能。

使用合作伙伴的技術(shù)來打造各種解決方案，如構(gòu)建DSP系統(tǒng)

XMOS的xcore系列芯片已經(jīng)建立了完善而豐富的生態(tài)系統(tǒng)，開發(fā)者可以利用這些生態(tài)伙伴的技術(shù)快速甚至是低代碼實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。例如，使用DSP Concepts公司提供的Audio Weaver工具，就可以跳過撰寫源代碼并設(shè)計(jì)音頻DSP系統(tǒng)。這個(gè)功能齊全的開發(fā)工具是業(yè)界的黃金標(biāo)準(zhǔn)，它支持工程師通過調(diào)用和刷新xcore可執(zhí)行項(xiàng)，就能在一塊開發(fā)板上進(jìn)行完整音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、部署、調(diào)節(jié)和控制。

現(xiàn)場例證：觀看XMOS與DSP Concepts聯(lián)合舉辦的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)

該網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)由XMOS與DSP Concepts聯(lián)合舉辦，在這個(gè)簡短的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中，雙方深入探討了合作背后的細(xì)節(jié)，并探討了XMOS高確定性、低延遲的xcore.ai平臺與DSP Concepts的Audio Weaver軟件工具配合，正在徹底改變音頻和語音產(chǎn)品的開發(fā)過程。

xcore.ai多通道音頻開發(fā)板可支持全高速USB操作、USBAudio Class 2.0和1.0、MIDI、HID和DFU等音頻格式和版本。

該開發(fā)板集成了四個(gè)立體聲音頻DAC和兩個(gè)四通道音頻ADC，可同時(shí)支持8個(gè)雙向音頻流。它還包括用于S/PDIF和MIDI輸入和輸出端口的電信號和光信號接口。將以下鏈接復(fù)制到瀏覽器，即可登錄或者注冊下載該網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)：

https://www.xmos.com/develop/dsp#

DSP工具庫

lib_dsp

lib_xcore_math——一個(gè)完整的數(shù)學(xué)函數(shù)庫

lib_src——采樣率轉(zhuǎn)換工具庫

用于語音應(yīng)用的DSP

雙麥克風(fēng)前端

音頻流水線功能包括回聲消除、干擾消除和噪聲抑制

I2S到USB接口，支持的異步采樣率介于44.1 kHz – 192 kHz

雙向信號路徑

更多信息，請參見xcore-voice平臺介紹https://www.xmos.com/develop/xcore-voice；點(diǎn)擊或復(fù)制以下鏈接到瀏覽器也可以了解詳情：https://www.xmos.com/xcore-voice

購買該開發(fā)套件或者索取xcore.ai樣片

歡迎購買xcore-voice開發(fā)套件，僅需幾個(gè)步驟幾個(gè)搭建好自己的智能音頻系統(tǒng)并開始應(yīng)用的開發(fā)。購買或者進(jìn)一步了解，請發(fā)郵件給：thomasmu@xmos.com

開發(fā)者資源

資源庫

XMOS的資源庫提供可重用的軟件，并且可作為通用功能的源文件。

完整的數(shù)學(xué)模型和DSP函數(shù)庫，包括整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、矢量化和復(fù)雜運(yùn)算。

采樣率轉(zhuǎn)換（SRC）工具庫提供同步和異步音頻采樣率轉(zhuǎn)換功能。

定點(diǎn)數(shù)字信號處理軟件庫，它實(shí)現(xiàn)了一套整常用的信號處理功能。

審核編輯 黃宇