低延迟和实时声学处理是许多嵌入式处理应用的关键因素，包括语音预处理、语音识别和主动降噪(ANC)。随着实时性能要求在这些应用领域的稳步提高，开发人员需要以战略思维妥善应对这些要求。由于许多大型系统都由芯片提供可观的性能，因此我们往往会将出现的任何额外任务都加载到这些设备上，但我们需要知道，延时时和其确定性是非常关键的因素，如果未仔细考虑，很容易引发重大的实时系统问题。本文将讨论设计师的选择SoC和专用音频DSP为避免实时声学系统发生不愉快的事故，应考虑问题。

南皇电子专注于整合中国优质电子AD代理国内领先的现货资源，提供合理的行业价格、战略备货、快速交付控制AD芯片供应商，轻松满足您的需求AD芯片采购需求.（http://www.icbuyshop.com/）

低延迟声学系统应用广泛。例如，在汽车领域，低延迟对个人音频区域、道路噪声降噪和车内通信系统至关重要。

随着汽车电气化趋势的出现，由于没有内燃机产生明显的噪声，道路噪声降噪变得更加重要。因此，与汽车道路接触相关的噪声会变得更加明显和烦人。减少噪音不仅能带来更舒适的驾驶体验，还能减少驾驶员的疲劳。专用音频DSP与低延时声学系统的上部署相比，SoC上部署将面临诸多挑战。这些问题包括延迟、可扩展、可升级、算法考虑、硬件加速和客户支持。让我们一一介绍。

延时

延迟问题在实时声学处理系统中非常重要。如果处理器跟不上系统的实时数据处理和计算要求，就会导致不可接受的音频间歇。

一般来说，SoC将配备小片SRAM，因此，大多数本地存储器访问必须依靠缓存。这导致代码和数据的使用不确定，增加了处理延迟。对于ANC这种实时应用是不可接受的。但实际上，SoC还将运行管理繁重的多任务非实时操作系统。这将放大系统的不确定性，使其难以在多任务环境中支持相对复杂的声学处理。

图1显示了实时音频处理负载的运行SoC处理更高优先级的具体示例SoC任务时，CPU负载峰值。例如，在执行中SoC这些峰值可能会出现，包括媒体渲染、浏览或在系统中执行应用程序。当峰值超过100%时 CPU负载时，SoC将不再实时运行，这将导致音频丢失。

图2 ADSP-2156x DSP，高度可扩展的音频处理器

可升级性

如今，汽车越来越普遍地使用OTA，通过发布关键补丁或提供新功能进行升级变得越来越重要。由于子系统之间依赖性的增加，这可能会导致SoC关键问题。首先，多个处理和数据移动线程会在SoC争夺资源。在添加新功能时，特别是在活动高峰期，会加剧处理器MIPS与存储空间竞争。从音频的角度来看，其他的SoC控制域中的新增特性可能会对实时声学性能产生无法预测的影响。这种情况的负面影响之一是，新功能必须在所有操作平面上进行交叉测试，导致子系统各种操作模式之间无数的排列组合。因此，每个升级包的软件验证次数都会成倍增加。

从另一个角度来看，可以说除了受影响SoC除控制其他子系统的功能图外，SoC音频性能的提高也取决于可用性SoC MIPS。

算法开发与性能

显然，在开发实时声学算法时，音频DSP旨在实现任务目标。SoC独立音频的显著区别在于独立音频DSP可以提供缺乏图形开发环境DSP有编码经验的工程师可以在其设计中集成高质量的声学处理。这种工具可以缩短开发时间，降低开发成本，而不牺牲质量和性能。

例如，AD的SigmaStudio图形音频开发环境提供多种集成至直观的图形用户界面(GUI)信号处理算法可以创建复杂的音频信号流。它还支持使用图形A2B音频传输的配置对加快实时声学系统的发展非常有帮助。

音频辅助硬件特性

除了处理器高效并行浮点计算和数据访问而设计的处理器外，音频DSP一般使用特殊的多通道加速器来运行通用算法，如快速傅立叶变换(FFT)、脉冲响应有限无限（FIR和IIR）滤波器，异步采样速率转换(ASRC)。允许内核CPU实时音频滤波、采样、频域转换，提高内核的有效性。此外，由于它们采用优化的架构，提供数据流管理功能，所以有助于构建灵活且方便用户使用的编程模型。

由于音频通道数量、滤波器流量和采样速率的增加，我们需要使用配置最高的引脚接口来支持在线采样速率转换、精密时钟和同步高速串行端口，以避免延迟或外部接口逻辑的增加。AD公司的SHARC系列处理器的数字音频连接(DAI)展示这种能力，。

图3 AD公司的SigmaStudio图形开发环境

图4数字音频互连(DAI)框图

客户支持

在使用嵌入式处理器进行开发时，我们常常会忽略一点，即客户对设备的支持。

尽管SoC供应商提倡内置供应商DSP声学算法在产品上运行，但在实际使用中会带来一些负担。一方面，供应商的支持通常更复杂，因为SoC声学专业知识一般不涉及应用开发领域。因此，往往很难基于它SoC的片内DSP支持客户开发自己的声学算法。相反，供应商提供标准算法并收集可观的费用NRE成本，然后将声学算法移植到SoC一个或多个内核。即便如此，在供应商无法提供成熟、低延迟的框架软件时，也无法保证成功。最后，适合基础SoC声学处理的第三方生态系统往往相当脆弱，因为这个领域不是SoC关注重点。

显然，专用音频DSP从优化算法库和设备驱动程序到实时操作系统和易于使用的开发工具，为开发复杂的声学系统提供更强大的生态系统。此外，它还有助于加速产品AD以音频为主的上市参考平台(如AD的SHARC音频模块平台，)SoC很少见，但在独立音频中DSP但是领域很常见。

图5 SHARC音频模块(SAM)开发平台

简而言之，很明显，实时声学系统的设计需要详细的战略规划系统资源，而不仅仅是通过多任务SoC管理上部分配处理的余量。相反，优化独立音频进行低延迟处理DSP为了满足未来的系统需求和性能水平，有望提高其耐久性，缩短开发时间，实现优异的可扩展性。

参考资料

1 Paul Beckmann。“多核SOC2017年处理器：性能、分析和优化。AES2017年8月，国际汽车音频大会。

作者简介

David Katz30年的模拟、数字和嵌入式系统设计经验。他是AD公司汽车信息娱乐系统架构总监。他在世界上发表了近100篇关于嵌入式处理的文章，并在该领域提交了几篇会议论文。加入AD在此之前，他在摩托罗拉公司工作，担任电缆调制解调器和工厂自动化部门的高级设计工程师。David康奈尔大学电气工程学士学位和工程硕士学位。联系方式：david.katz@analog.com。