当越来越多的应用要求音频、视讯及通讯处理能力时，嵌入式处理器已经到了要提升效能和处理较高数据带宽的时候。RISC微控制器（MCU）及DSP已提供这些应用。MCU在传统架构中用于有效率的异步控制程序流程，DSP则在同步、定速率的数据流（如音频或视频的应用）上的表现较好。

由于多种嵌入式应用要求控制与媒体处理，工程师一般的做法是将DSP及MCU以一种或不同形式一起微调。这种组合提供最佳处理引擎给各式各样的多媒体应用及产品。各家MCU制造商结合了一些讯号处理动能，像是扩充指令集及乘法累加（MAC）单元等，但是这些方式对高级的媒体处理器而言，则缺少必备的结构基础。

工程师会被多重处理器或多重核心设计技术所吸引的原因只有一个：没有一个单处理器具有他们所做的应用所要求的处理能力或指令特性。多重处理是在单一处理无法胜任下的唯一选择 ──如果不是绝对必要，没有人愿意忍受多重处理的复杂度。对于功能强大、用于嵌入式媒体应用的「整合型」微处理器的需求就变得很明显。

近来还没有单一结构被优化，用在复杂、实时的媒体数据流，以及一般由RISC处理器来处理、以控制为导向的工作。其逐渐增加且富含媒体嵌入式应用空间的单一化方法，是一可合理取代不同DSP／MCU结合的解决方案。此新颖的方法是结合一个32位RISC指令集、双16位乘法－累加（MAC）DSP功能与8位视讯处理效能。

功能重心

由于DSP与微控制器个别针对不同的任务作优化，向来是独立作业。DSP的应用通常聚焦在尽可能用最少的核心频率周期，来执行最多的算术运算。为了达成这个目的，DSP常会使用复杂的VLIW（非常长指令字组）指令，如此一来会减损程序代码的密度，并增加程序代码内存的需求。更进一步，DSP应用是数据带宽密集的，因此常常有大的内存数据总线宽度和DMA（直接内存访问）引擎以减少核心处理器的负荷。

另一方面，微控制器的运作主要是控制功能，需要许多条件运算，使得程序流程变换频繁。这些程序最常以C或C++撰写，程序代码密度是不可或缺的，使可变长度指令成为重要的架构特性。

对媒体处理应用与格式而言，DSP经常需要协处理器来补足弹性上的不足。但一颗嵌入式媒体处理器原本就可以支持8位视讯数据，增强视讯指令与视讯ALU，而且其单一架构支持软件，可以有效率地执行标准视讯与图像处理算法，诸如MPEG2、MPEG4和JPEG。

在软件环境下实现视讯算法能让OEM厂商适应不断演进的标准与新增功能上的需求，而无须改变硬件。换言之，这也减少整体系统成本，加速上市时间。

《图一 嵌入式媒体处理器架构方块图》 图注:嵌入式媒体处理器不仅提供MCU型式的系统控制特性，亦具有高带宽内存与I/O接口，以处理丰富的多媒体信息流。

整合型的嵌入式媒体处理器架构，实现MCU与DSP设计方法上的优点，亦真正将媒体与微控制器功能优化。它的可变长度指令集可扩充至64位运算码，以用在DSP内部回路中，该指令集经过优化，故16位运算码代表着最频繁被用到的指令。因此，其编译程序代码密度图，足以与普及的微控制器相匹敌，而其架构也经由优化，可与C/C++编译程序一起使用。其完全连锁的管线与代数语法汇编语言使它以C/C++与汇编语言方式都很容易开发。

企业级特性

因为具有系统级的任务，真正的嵌入式媒体处理器不能如同一颗只会做数字处理的DSP一样，以同样自顾自的方式来操作。它们反而必须有一全套企业级保全的特性，像内存管理能力，可定义个别且无限制可取得的应用发展空间，而又能保持与其他不同的程序代码区段的安全性，防止被过度写入以及维持整体系统的完整性。

嵌入式媒体处理器，就像MCU支持全功能的嵌入式操作系统，具有被保护与无保护的作业模式。这些重要的保护特性，可防止用户进入或侵害系统共享的部分。而这些类保全性与系统完整性的课题，传统的DSP中既不需要，架构中也没有。

就像微控制器一样，嵌入式媒体处理器亦允许异步中断与同步例外。它们的可映像中断的优先次序就像微控制器相同的特性，但通常DSP不具备这种特性。同样地，它们的例外处理能力也是企业级特性，可防止系统避免无效或非法的程序设计。

具有媒体及数据流的系统级外围

具有整套丰富的周边，这是以控制为导向MCU的典型特色，使嵌入式媒体处理器非常适合作为嵌入式应用的控制端。这些外围可能包括一个实时时钟、一个看门狗定时器、通用型定时器、双向旗标／中断脚、SPI兼容埠与UART，以及像主流PC一样的接口，如PCI和USB。

嵌入式媒体处理器也提供媒体串流的功能，经由一个并联周边接口，来连接高速的视讯与数据转换器，还有同步串行埠，用以连接高分辨率数字音效装置与高速电信接口。

当尝试应用MCU到媒体处理应用上时，许多开发厂商面临到问题与提供内存带宽的速度是否足以提供数据流有关。嵌入式媒体处理器必须具有威力强大的DMA能力，以便在芯片断断续续的取得数据区块。在大多数媒体处理应用上，大量数据移动的前提是不能导致处理器的中断，以免影响实时效能。而当核心处理器在数据移动中被缠住的情况下是没有效率的。因此嵌入式媒体处理器势将有许多高速的DMA信道以支持双向媒体流在外围与内存之间的传输，将数据移动的实际责任从处理器之下消除掉。

动态电源管理

控制功率散逸对专门设计在可携式与对功率有限制环境的嵌入式应用相对重要。当这些嵌入式系统具有需要的DSP功能，选择性就会减少。假如单独的MCU和DSP核心都结合到一颗芯片上，功率控制就变得比较难控制。

一颗嵌入式媒体处理器需要固有的电源管理能力， 以因应嵌入式应用的种种需求。提供多重电源模式可简化系统效能位准的范围，另一方面，可选择的频率禁能对没使用到的周边与内存，可产生更大幅的功率降低。甚至，广泛地可调整的处理器频率频率能在基于处理需求下，达到节省功率的功能，且有一个可编程的操作电压也可以让功率的消耗大幅节省。

《图二 处理器具有可配置式频率与电压能力、可匹配处理器效能位准，以满足系统的需求》

结语

使用一颗单一整合的核心以取代一颗单独的微控制器与DSP，主要的优点是减少客户的成本，加速上市时间。原因在这些优点可使用一套单一工具链，在单一整合的平台上来发展程序代码。单一的学习曲线代表在开发生产力上的大幅提升，单在节省侦错时间上就很可观。不过使用一颗提供「二个世界之最」的整合型处理器，其最大优点就是它的应用可以达到先前所达不到的效能价格点。（作者任职于亚德诺媒体产品与服务事业群）