“魂芯一號(hào)”高性能通用數(shù)字信號(hào)處理器

中國(guó)電子科技集團(tuán)第三十八研究所“十一五”期間研制了我國(guó)第一款完全自主創(chuàng)新的高性能通用DSP“魂芯一號(hào)”（代號(hào)BWDSP100），并以用戶(hù)為中心提供統(tǒng)一的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。器件運(yùn)算性能18GFLOPs，達(dá)到美國(guó)ADI公司同類(lèi)產(chǎn)品TS201的4倍，滿(mǎn)足了當(dāng)前國(guó)防裝備、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域?qū)Ω叨藬?shù)字信號(hào)處理方面的要求。

通過(guò)該產(chǎn)品研制，該所提出了自主的Efficiency core系列通用DSP內(nèi)核和BW32V1自主指令體系，突破了面向高性能嵌入式計(jì)算的高效體系結(jié)構(gòu)、覆蓋率驅(qū)動(dòng)的正交分解自動(dòng)化驗(yàn)證、ECS自主統(tǒng)一集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、深亞微米VLSI物理設(shè)計(jì)方法、BWCC自主高級(jí)語(yǔ)言編譯器等多項(xiàng)重大技術(shù)成果；構(gòu)建了高性能DSP前端設(shè)計(jì)平臺(tái)、自動(dòng)化軟硬件仿真驗(yàn)證平臺(tái)、高性能DSP后端物理設(shè)計(jì)平臺(tái)、軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、測(cè)試與應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái)、面向VLIW的多簇C編譯器設(shè)計(jì)框架等多個(gè)技術(shù)平臺(tái)，為研制系列高性能通用DSP器件提供了扎實(shí)的技術(shù)保障。

“魂芯一號(hào)”是我國(guó)第一款從體系結(jié)構(gòu)和指令體系開(kāi)始，到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、軟硬件配套開(kāi)發(fā)環(huán)境完全自主研發(fā)的高性能通用DSP。BWDSP100的研制成功，不但全面突破了高性能通用DSP研制的一系列技術(shù)瓶頸，而且在很大程度上緩解了我國(guó)在高端通用數(shù)字信號(hào)處理方面全部依賴(lài)國(guó)外器件的問(wèn)題，為我國(guó)重大裝備實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展提供必要的基礎(chǔ)條件。

該通用數(shù)字信號(hào)處理器件主要指標(biāo)參數(shù)：內(nèi)部存儲(chǔ)單元，28Mbit；外部動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)，DDR2；典型工作主頻，300MHz；數(shù)據(jù)格式，32位浮點(diǎn)及16/32位定點(diǎn)；峰值運(yùn)算能力，180億次32位浮點(diǎn)運(yùn)算/秒；數(shù)據(jù)通信能力，7.2GB/秒；調(diào)試方式，符合1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口；封裝形式，BGA729；調(diào)試環(huán)境，統(tǒng)一的通用DSP器件全套編譯開(kāi)發(fā)環(huán)境ECS。

其自主指令系統(tǒng)配套軟件技術(shù)指標(biāo)：基于自主BWDSP100數(shù)字信號(hào)處理器指令系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)一套基于Linux操作系統(tǒng)和基于windows操作系統(tǒng)的BWDSP100統(tǒng)一軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)包括編譯器、匯編器、反匯編、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)鏈接器、仿真器、DEBUG、C編譯器等軟件工具鏈?；谧灾鰾WDSP100指令系統(tǒng)和軟件平臺(tái)，結(jié)合特定應(yīng)用市場(chǎng)需求，聯(lián)合行業(yè)領(lǐng)域如雷達(dá)信號(hào)處理、電子對(duì)抗等軟件廠(chǎng)商和應(yīng)用單位，完善、定制、優(yōu)化各個(gè)應(yīng)用軟件組件，開(kāi)發(fā)出各種特定應(yīng)用和通用形式的函數(shù)庫(kù)，為行業(yè)應(yīng)用提供高效開(kāi)發(fā)環(huán)境。

BWDSP100器件在研制初期，就以市場(chǎng)已有的通用DSP為目標(biāo)開(kāi)展器件設(shè)計(jì)，其目標(biāo)為運(yùn)算能力全面超過(guò)TS201，以較高的性?xún)r(jià)比來(lái)實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)。將程序運(yùn)算結(jié)果和目前市場(chǎng)上AD公司產(chǎn)品TS201相比，其器件性能如下：

BWDSP100處理器（300MHz）性能相當(dāng)于TS201（600MHz）性能的4 6倍。另外，F(xiàn)FT的運(yùn)算周期還不包括FFT處理之后的求模運(yùn)算，如果FFT之后再進(jìn)行模值求取和相位求取運(yùn)算，則TS201器件需要用與FFT運(yùn)算基本相當(dāng)?shù)闹芷诓拍芡瓿善浠具\(yùn)算，而B(niǎo)WDSP100器件所用時(shí)間基本上沒(méi)有增加，換言之，如果考慮到求模、求相，則BWDSP100的性能相比TS201的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

“魂芯一號(hào)”從指令集、體系結(jié)構(gòu)到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)均完全自主；配套集成開(kāi)發(fā)環(huán)境ECS和硬件仿真器也完全自主研發(fā)，可以根據(jù)實(shí)際需求定制、添加特定功能，以更好地支撐整機(jī)發(fā)展。該處理器已經(jīng)申請(qǐng)了12項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利、5項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利、10個(gè)軟件著作權(quán)和一個(gè)集成電路布圖保護(hù)。

BWDSP100是一款高性能通用DSP，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)高性能信號(hào)處理領(lǐng)域。典型的整機(jī)裝備應(yīng)用包括：雷達(dá)、聲納、電子對(duì)抗等。