基于DSP算法的正向设计方法学概论论文

　　摘要：基于DSP算法的正向设计方法学为系统芯片设计师提供重要的学术素养。本文结合图表概论正向设计方法学中的数学变换思想，一是DSP算法变换，二是相应的ULSI架构变换。研究结论是作为技术核心的DSP—ULSI最佳映射，贡献首先来自DSP算法变换，其次来自ULSI架构变换，此间始终构造把握评价函数。

　　航天、医疗和安全业界的问题牵引，驱动数字信号处理（DSP）走过经典与现代，奔向智能计算与实时测控的融合，进而日益增强着DSP算法的时间和空间复杂性，迫使ULSI规模的ASIC架构优化，演进为由DSP算法驱动的正向设计方法学。

　　我们以DSP算法驱动ULSI—ASIC架构优化的正向设计环路为背景，以4种DSP算法变换和8种ULSI基本架构为路标，概论DSP算法优化和ULSI架构优化方法。

　　第一节正向设计优化介绍设计思想和典型概念，包括映射评价、DSP算法和ULSI架构。

　　第二节DSP算法变换介绍四种算法变换中的两种，包括坐标旋转和分布计算。

　　第三节介绍ULSI架构变换，总结出八种典型变换方法，重点介绍其中的管线和并行。

　　1正向设计优化

　　自顶向下的正向设计，在每个阶段都要重视映射评价，设计的开始要继承一些逆向设计思维。此间每一次向下映射的贡献，首先来自DSP算法变换，其次来自ULSI架构变换。

　　正向设计的竞争力，首先来自10—20万片以上的ULSI规模ASIC的牵引，其次来自数学技巧的合理应用，同时要重视EDA工具的熟练使用和升级培训。

　　我们将DSP算法驱动ULSI—ASIC架构优化的正向设计环路概括成图1。

　　1。1映射评价

　　运作ASIC正向设计流程，其间每一次向下的阶段性设计环节，都可以概括入映射这个概念。映射的数学本质就是变换。

　　指导映射的评价函数的一般构造方法是：巧妙组合所映射的下一层中的关键技术指标，构造生成一个单调变化的新参数，此为评价函数。

　　重视以评价函数寻优的引导地位，我们用图2来概括正向设计中的关键知识模块。从图2可以清楚地看出：问题建模的作用类似大脑；算法优化的作用优于架构优化的作用；设计工程师不但应该谙熟主流正向设计工具，更应该以评价函数为基础（或者称为有色眼镜），从DSP算法切入，抓住算法A（Algorithm），直奔算法集成电路ASIC的ULSI架构优化主题。

　　1。2DSP算法

　　算法定义为将一组数据变换到另外一组数据的方法。DSP算法的基本内容是变换和滤波。其研究意义在于信息处理、识别和挖掘。

　　DSP典型算法：相关，卷积，滤波，运动估值（ME），离散余弦变换（DCT），矢量量化（VQ），动态规划，抽取和插值，小波，等等。

　　DSP算法优点：区别于模拟信号处理ASP（例，谱分析精度：模拟法为10Hz；数字法为0。01Hz），鲁棒性表现于温漂和工艺，字长控制精度，本质无误差（放大信号同时消噪）；区别于其他通用计算，需要实时吞吐率（采样率），且由数据驱动。

　　DSP算法运算：乘积，加法，延迟（寄存）。基本公式为积和运算：Yn=∑i=0maiXn—i。

　　DSP算法图示：四种框图包括，信号流图SFG（可转置，仅描述线性单速率DSP系统），数据流图DFG（可变换，更接近实际架构，调度并发实现至并发硬件），依赖图DG（展示并行和数据流，可变换，描述脉动阵列）；框图的图示意义是，展示并行性和数据驱动，展示时间折中和空间折中，启发探索架构选择（通过算法变换）。

　　DSP算法实现：CPU（单，双，多），DSP（基于一种RISC），ULSI—ASIC（由DSP算法变换映射ULSI架构变换和优化），FPGA（算法变换，可编程，中等颗粒），CPLD（可编程，大颗粒）。

　　DSP集成指标：空间和面积，吞吐率和钟频，功耗，量化噪声和舍入噪声。

　　DSP研究思路：DSP算法变换和优化，ULSI架构变换和优化，DSP算法变换与ULSI架构变换联合优化；除特别指明应用于FPGA之外，其余均聚焦服务于ULSI—ASIC优化设计。

　　1。3ULSI架构

　　ULSI架构这一概念的提法，可以认为模仿了计算机组成架构的分析理念。