利用RISC-V客製化擴展優化TWS耳機PPA

透過對RISC-V指令集架構(ISA)擴展的研究，發現有助於大幅降低功耗，同時在不增加額外成本的情況下能實現所需性能的結果…

www.eettaiwan.com, Nov. 28, 2022 – 

許多IC設計的共同目標都是實現功率、性能和面積(PPA)的最佳組合。透過對RISC-V指令集架構(ISA)擴展的研究，發現有助於大幅降低功耗，同時在不增加額外成本的情況下能實現所需性能的結果。

真無線立體聲(true wireless stereo，TWS)晶片主要包含一個藍牙射頻(RF)收發器。它包括128分接頭(tap)有限脈衝響應(FIR)濾波器、128分接頭最小均方(LMS)自我調整濾波器、主動降噪(ANC)混合函數，以及運算這些函數所需的運算單元和匯流排。在這種設計中，四個單元中的前三個需要最多的運算資源：FIR濾波器需要1,693指令週期，LMS濾波器需要1,820個週期，而ANC功能所需的週期則高達10,404個。圖1的系統框架圖顯示了TWS設計的主要元件，左邊為類比功能，右邊為數位功能。藍牙收發器(左上)由一個RF基頻控制器和64kb交換記憶體組成。位於下方的收發器和音訊子系統很複雜，因為TWS的設計有兩個獨立工作的揚聲器和麥克風。兩者的鎖相迴路(PLL)必須同步，以確保它們都能以相同的頻率工作。

更複雜的是，藍牙系統處理的是小位元組順序(endian，亦稱端序或尾序)格式的16位元資料，而音訊系統用的則是大位元組順序格式的24位元資料，因此需要運算密集型格式轉換。ANC功能對運算資源的需求最大，它需要大量的計算，如乘法和加法。ANC與高精準度DAC和低延遲ADC互動。即時模擬採樣要求每輸出一個樣本就有一個樣本輸入。

右側的數位部分是一個具備P (DSP/SIMD)擴展的RISC-V CPU和用於處理雜訊控制和音訊轉碼器運算的獨立DSP。此外，該設計包含少量的SRAM硬體DMA和AXI/AHB匯流排矩陣。該設計具有消費設備所需的通用I/O功能，包括GPIO、I2C、即時時脈、UART等。

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