隨著數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)面向組件的軟件模塊的需求不斷增長(zhǎng)。第三方提供的現(xiàn)成算法在基本層面上能夠響應(yīng)上述需求。第三方算法使系統(tǒng)開放商不必再費(fèi)力重新設(shè)計(jì)主要的軟件功能，從而能夠更快、更廉價(jià)地將系統(tǒng)與更多功能集成。因此，第三方算法在 DSP 系統(tǒng)開發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用。
為了使組件軟件方法順利工作，必須具備保證組件代碼互用性、一致性和便攜性的標(biāo)準(zhǔn)。DSP廠商認(rèn)識(shí)到了上述需求，建立了管理不同算法與應(yīng)用之間接口的算法標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)不是為了保證高效實(shí)施。針對(duì)代碼大小、特性及性能而選擇最佳算法的工作是由系統(tǒng)集成商進(jìn)行的。而標(biāo)準(zhǔn)所作的，則是提供確保算法之間相互協(xié)作的一套規(guī)則，使他們更輕松地進(jìn)行評(píng)估，然后在系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行集成。
算法標(biāo)準(zhǔn)的起源
20世紀(jì)90年代中期，算法標(biāo)準(zhǔn)的需求逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，此時(shí)更為強(qiáng)大的 DSP 出現(xiàn)了，其可支持一個(gè)算法的多通道，或者同一 DSP 上的多個(gè)算法。盡管早期的 DSP 可能僅用作語(yǔ)音編碼器等，但像來(lái)自 TI TMS320C5000 平臺(tái)中 DSP 則能夠處理蜂窩電話所需的整個(gè)數(shù)字處理鏈，包括聲碼、音頻校正、回波消除等。諸如來(lái)自 TMS320C6000平臺(tái)的其他 DSP，則能夠開發(fā) DSL 線卡、視頻服務(wù)器及其他在單個(gè)設(shè)備上要求具有極高多通道性能的系統(tǒng)。
利用現(xiàn)有更高層次的性能，許多新興信號(hào)處理標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，包括 JPEG、MPEG、電視會(huì)議、無(wú)線電話以及調(diào)制解調(diào)器與傳真改進(jìn)等。開發(fā)商開始創(chuàng)建交互改變?nèi)蝿?wù)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，而不是一般基于 DSP 的具有固定功能的靜態(tài)系統(tǒng)。而且系統(tǒng)代碼規(guī)模也開始劇增，常常為了適應(yīng)新型多功能系統(tǒng)的復(fù)雜性而大幅度增加。
DSP 系統(tǒng)開發(fā)商始終缺少經(jīng)驗(yàn)豐富且掌握深入信號(hào)處理知識(shí)的 DSP 程序員。目前，這些開發(fā)商們開始集成更為復(fù)雜的系統(tǒng)，一些剛剛進(jìn)入 DSP 領(lǐng)域的其他開發(fā)商則已開始進(jìn)行最初的 DSP 設(shè)計(jì)。不斷增長(zhǎng)的業(yè)界系統(tǒng)集成商尋找各種方法來(lái)將日益復(fù)雜化的設(shè)備整合起來(lái)，而不必從頭設(shè)計(jì)所有軟件。幸運(yùn)的是，一些具備業(yè)經(jīng)驗(yàn)證軟件技術(shù)的開發(fā)商認(rèn)識(shí)到新的市場(chǎng)商機(jī)，并開始作為第三方出售其知識(shí)產(chǎn)權(quán)，包括算法。系統(tǒng)集成商將從第三方購(gòu)買"黑盒子"目標(biāo)代碼，并將其加載至系統(tǒng)中，以節(jié)省寶貴的開發(fā)時(shí)間。至少這就是假設(shè)的工作流程了。
然而，在實(shí)踐中事情并非如此直接。第三方開發(fā)商常常假定DSP用法，以便使其算法盡可能精簡(jiǎn)，并獲得最佳性能效果。因此，一個(gè)算法可能需要占用所有內(nèi)存，在很長(zhǎng)的時(shí)間中禁用出現(xiàn)中斷，并完全控制核心。此外，系統(tǒng)集成商可能無(wú)法了解開發(fā)商的事先假定是什么，因?yàn)椴淮嬖诮y(tǒng)一的方法指定算法的資源要求與性能效果。
顯然，如果有了上述假定的話，那么兩種或多種算法就不能在多功能系統(tǒng)中和平共處。這樣的問(wèn)題在利用源代碼進(jìn)行再設(shè)計(jì)時(shí)可能相當(dāng)困難，但力圖集成目標(biāo)代碼的系統(tǒng)開發(fā)商對(duì)改變算法無(wú)能為力。而且，如果算法來(lái)自不同的第三方（事實(shí)常常如此），集成商將面臨不兼容性難題以及不可避免的相互指摘。
到20世紀(jì)90年代末為止，很明顯如果不就算法建立行為規(guī)則，那么 DSP 開發(fā)將停滯不前。因此，DSP 廠商開始發(fā)布這種規(guī)則，將其編寫為第三方軟件開發(fā)商必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)代碼，以便保證算法的兼容性。盡管這些標(biāo)準(zhǔn)是具有所有權(quán)的，但它們都具有相同的目標(biāo)，并且許多規(guī)則都是一樣的。由于某些規(guī)則反映了硬件實(shí)施，并且僅針對(duì)某些個(gè)體廠商，因此對(duì)所有權(quán)而不是業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行保留。此外，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)時(shí)，廠商為了跟上 DSP 的開發(fā)步伐被迫響應(yīng)當(dāng)時(shí)的需求，而不是將問(wèn)題交給漫長(zhǎng)的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程來(lái)解決。
示范標(biāo)準(zhǔn)
最初建立的標(biāo)準(zhǔn)之一是 TI 的 TMS320 DSP Algorithm Standard?，也稱作XDAIS。TI 推出了該標(biāo)準(zhǔn)作為其 eXpressDSP? 軟件戰(zhàn)略的基本元素，并同時(shí)推出了實(shí)施內(nèi)核、集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 及第三方網(wǎng)絡(luò)，這表明算法標(biāo)準(zhǔn)化將在 DSP 軟件開發(fā)中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。TMS320 Algorithm Standard 是各種 DSP 算法標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)示范，事實(shí)上它成了隨后推出的某些標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)模型。
XDAIS 是在 TMS320 DSP 底層軟件架構(gòu)基礎(chǔ)之上建立起來(lái)的。圖1顯示了 DSP 系統(tǒng)的組織方式，這樣簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳感器算法從 I/O 功能以及底層核心運(yùn)行時(shí)環(huán)境中分離出來(lái)。圖2顯示了 XpressDSP 環(huán)境中算法正常運(yùn)行的必備系列事件。
XDAIS 算法規(guī)則
XDAIS 規(guī)則分外四組，具備基本的校驗(yàn)機(jī)制以保證符合標(biāo)準(zhǔn)。
常識(shí)性編程規(guī)則。本組規(guī)則的作用在于加強(qiáng)算法的便攜性、可預(yù)測(cè)性及易用性。由于大多數(shù) DSP 系統(tǒng)運(yùn)行于 C 環(huán)境中，因此頂層的算法必須能在C中調(diào)用。算法不得干擾應(yīng)用程序的運(yùn)行時(shí)狀態(tài)，并且代碼必須在搶占式環(huán)境中進(jìn)行重入以支持多個(gè)通道。必須對(duì)多實(shí)例共享的存儲(chǔ)器與全局變量進(jìn)行保護(hù)。所有代碼引用必須完全可再定位，不得采用硬編碼存儲(chǔ)器尋址，否則將干擾其他代碼。由于資源可能因系統(tǒng)而異，因此算法不得直接訪問(wèn)外設(shè)。
取消任意選擇。如果需要以單一強(qiáng)制方法進(jìn)行某項(xiàng)工作的話，該標(biāo)準(zhǔn)指定了應(yīng)在各種不同方法中采用何種方法（就好像交通法規(guī)指定了在路上應(yīng)左行還是右行）。為避免命名沖突，信號(hào)命名必須遵循 DSP/BIOS? 規(guī)則，這是 TMS320 DSP 采用的實(shí)時(shí)內(nèi)核。為避免將代碼移植到不同操作系統(tǒng)環(huán)境中時(shí)發(fā)生沖突，算法必須封裝到遵循統(tǒng)一命名規(guī)則的檔案文件中。必須使外部引用符合來(lái)源，如C運(yùn)行支持庫(kù)函數(shù)或其他符合 eXpressDSP 的模塊。算法實(shí)例必須根據(jù)指定的程序調(diào)用并刪除，并且它們必須能夠獨(dú)立地進(jìn)行再定位。對(duì) C6000? 平臺(tái)而言，算法必須至少支持由小到大的字節(jié)順序，或最好兩個(gè)都支持，以便為系統(tǒng)開發(fā)商提供選擇。
資源管理。由于算法一般比較貪婪，并且必須使其可以共享，因此本組位于該標(biāo)準(zhǔn)的核心。現(xiàn)在每個(gè)算法都有了強(qiáng)制的存儲(chǔ)器管理界面，而且所有算法都必須在設(shè)計(jì)時(shí)一次協(xié)調(diào)或在運(yùn)行時(shí)交互協(xié)調(diào)使用存儲(chǔ)器。本規(guī)則適用于外部及內(nèi)部存儲(chǔ)器，以及 DMA 通道等外設(shè)。本應(yīng)用同控制框架一樣收集所有存儲(chǔ)器請(qǐng)求，隨后向算法分配存儲(chǔ)器。算法可能不能獲得其全部請(qǐng)求，但應(yīng)用框架能夠在競(jìng)爭(zhēng)請(qǐng)求間進(jìn)行很好的判斷，并優(yōu)化地劃分系統(tǒng)資源。
統(tǒng)一規(guī)范。本組規(guī)則有助于系統(tǒng)集成商衡量算法并評(píng)估其在系統(tǒng)中的兼容性。所有的兼容性算法必須表現(xiàn)最壞情況的中斷傳輸時(shí)間、典型與最壞情況的執(zhí)行，以及程序、堆陣、靜態(tài)和堆棧存儲(chǔ)器要求等方面的特點(diǎn)。例如，算法供應(yīng)商可能不再隱瞞會(huì)讓算法獨(dú)占內(nèi)核幾秒鐘的中斷傳輸時(shí)間。現(xiàn)在，必須根據(jù)已確定的方式在算法技術(shù)描述中指定并包含傳輸時(shí)間要求。
校驗(yàn)與 eXpressDSP 一致性。算法開發(fā)商不能簡(jiǎn)單地說(shuō)它滿足了 TMS320 Algorithm Standard 的要求。開發(fā)商必須通過(guò) TI 的 XDAIS 一致性測(cè)試工具加以證明，該工具可校驗(yàn)代碼是否符合規(guī)則。此外，第三方必須書面同意在開發(fā)算法時(shí)遵循了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。當(dāng)滿足了這些要求時(shí)，第三方可以聲明其算法符合 eXpressDSP，并在廣告宣傳中使用圖3所示的標(biāo)志。一致性工具可適用于第三方及 DSP 客戶，以便使他們?cè)陂_發(fā)自身軟件時(shí)對(duì)這些軟件進(jìn)行檢查。系統(tǒng)集成商還可以利用該工具保證他們購(gòu)買的代碼在獲得eXpressDSP一致性稱號(hào)后沒(méi)有經(jīng)過(guò)修改。
XDAIS 的發(fā)展
XDAIS 在5年前推出時(shí)，其規(guī)則還不到30條。現(xiàn)在它已有了46條規(guī)則，這反映出對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的需求不斷發(fā)展，但其發(fā)展是以認(rèn)真、受控的方式進(jìn)行的。新規(guī)則的添加（以及一些改動(dòng)）出于以下幾點(diǎn)原因：
新硬件功能。添加某些規(guī)則是為了涵蓋硅技術(shù)的開發(fā)。例如，隨著將高級(jí) DMA 功能集成到芯片中，XDAIS 也添加了新的規(guī)則以涵蓋 DMA 通道的分配。未來(lái)，XDAIS還可能包括有關(guān)硬件加速器作為共享資源使用的規(guī)則。
性能優(yōu)化。為優(yōu)化性能，DMA規(guī)則已進(jìn)行了修訂，在此，這些規(guī)則也展示了XDAIS 標(biāo)準(zhǔn)中的另一個(gè)變化領(lǐng)域。由于早期規(guī)則解決了重大沖突，因此一些較新的指導(dǎo)方針傾向于幫助開發(fā)商更好地發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。
新應(yīng)用領(lǐng)域。XDAIS的最初指導(dǎo)方針主要是為了處理帶有數(shù)據(jù)流應(yīng)用的單功能DSP，如語(yǔ)音及音視頻等。但今天的多功能系統(tǒng)常常必須處理突發(fā)數(shù)據(jù)，如 IP 數(shù)據(jù)包或更復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)中類似框架的編碼。這些應(yīng)用的核心和系統(tǒng)要求有時(shí)與流應(yīng)用的不同，而XDAIS 規(guī)則必須包括兩種類型的數(shù)據(jù)吞吐量。
有一個(gè)沒(méi)有改變的特性，即需要將開銷保持在較低水平。經(jīng)驗(yàn)顯示，DSP 客戶與第三方將接受不超過(guò)一至兩個(gè)百分點(diǎn)的性能及存儲(chǔ)器干擾。這對(duì)于通用微處理器而言是一個(gè)較小的開銷百分比，該微處理器可通過(guò)中斷來(lái)驅(qū)動(dòng)控制任務(wù)，并不十分受限于內(nèi)存的高效利用。但是，通常每個(gè)性能MIP對(duì)DSP都是非常關(guān)鍵的，因此 TI 已努力將 XDAIS 開銷保持在限定范圍內(nèi)。
算法標(biāo)準(zhǔn)的接受
盡管一直就軟件規(guī)則向第三方進(jìn)行咨詢，但有些第三方最初對(duì)他們能否從算法標(biāo)準(zhǔn)中獲益是抱有懷疑態(tài)度的。許多第三方將算法的開發(fā)看作完全是其自身的業(yè)務(wù)，不歡迎 DSP 廠商參與，認(rèn)為這是一種干擾。此外，為了使算法符合新的標(biāo)準(zhǔn)，一些重復(fù)工作是不可避免的，而第三方則反對(duì)承擔(dān)他們認(rèn)為是不必要負(fù)擔(dān)的工作。而且，對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的開銷懲罰也有反對(duì)的聲音。
與第三方形成對(duì)比的是，DSP 系統(tǒng)集成商幾乎立即對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表示歡迎。一些較大型DSP 開發(fā)商已經(jīng)在努力建立其自身規(guī)則，而 DSP 標(biāo)準(zhǔn)的到來(lái)節(jié)省了他們的工作。系統(tǒng)集成商還認(rèn)識(shí)到，與算法標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的少量開銷能幫助他們避免大量時(shí)間耗費(fèi)與麻煩，這種節(jié)約的價(jià)值大大超過(guò)了他們所必須接受的存儲(chǔ)器與性能權(quán)衡。
一旦他們熟悉了這些標(biāo)準(zhǔn)，DSP 系統(tǒng)集成商就開始要求算法一致性，這樣即便是最不情愿的第三方也不得不遵照行事。為了應(yīng)付對(duì)額外開發(fā)工作的反對(duì)意見(jiàn)，出現(xiàn)了幫助第三方開發(fā)一致性算法的工具，圖4所示的 Hyperception Component Wizard 便是其中一個(gè)實(shí)例，它可幫助創(chuàng)建 XDAIS 算法。
今天，標(biāo)準(zhǔn)已得到普遍接受，即便最不情愿的算法開發(fā)商也認(rèn)同標(biāo)準(zhǔn)化使得出售軟件的商機(jī)大大增加。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)還意味著能夠最小化支持需求，從而節(jié)省第三方的開支。TMS320 Algorithm Standard 就是體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)有多么成功的一個(gè)代表：目前，符合 eXpressDSP 算法的第三方開發(fā)商達(dá)110個(gè)，且數(shù)量還在不斷增加。其他 DSP 廠商也認(rèn)識(shí)到算法標(biāo)準(zhǔn)的需求，并為其各自的平臺(tái)和第三方算法提供了相似的產(chǎn)品。由于標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了可互操作性編程的基本問(wèn)題，因此其規(guī)則在許多方面都與最初推出的標(biāo)準(zhǔn) TMS320 Algorithm Standard 相似。
新興產(chǎn)業(yè)
事實(shí)上，DSP 算法標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)了一種前所未有的國(guó)際產(chǎn)業(yè)。今天，某個(gè)地區(qū)的系統(tǒng)集成商可以通過(guò)網(wǎng)站從另一個(gè)地區(qū)的第三方處購(gòu)買 DSP 算法，只要該算法通過(guò)認(rèn)證，符合算法標(biāo)準(zhǔn)，那么該系統(tǒng)開發(fā)商就知道此代碼在應(yīng)用框架中可正常發(fā)揮作用。對(duì) DSP 系統(tǒng)集成商而言，一致性算法已簡(jiǎn)化了對(duì)第三方目標(biāo)代碼進(jìn)行評(píng)估并集成的工作，從而簡(jiǎn)化了開發(fā)進(jìn)程并縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間 。
由于我們最終控制了算法，現(xiàn)在業(yè)界中存在的問(wèn)題就在于對(duì)其他軟件組件（如庫(kù)、驅(qū)動(dòng)程序、內(nèi)核以及通訊棧等）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)帶來(lái)什么優(yōu)勢(shì)。DSP 廠商甚至在改進(jìn)現(xiàn)有算法標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，就已經(jīng)在考慮有關(guān)對(duì)上述組件的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行擴(kuò)展的問(wèn)題了。
隨著 DSP 產(chǎn)業(yè)繼續(xù)圍繞著組件軟件模型進(jìn)行開發(fā)，算法標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)值正變得越來(lái)越明顯。標(biāo)準(zhǔn)提供了一系列規(guī)則，根據(jù)設(shè)計(jì)，實(shí)際上這些規(guī)則能夠保證組件在任何應(yīng)用中與來(lái)自不同廠商的算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行互操作。因此，代碼的便攜性與可重復(fù)使用性得到加強(qiáng)，而算法的衡量與評(píng)估更為直接，并且算法也更易于集成到系統(tǒng)之中。總體系統(tǒng)開發(fā)變得更快、更靈活，從而為市場(chǎng)中的最終用戶帶來(lái)了更健碩、更廉價(jià)的產(chǎn)品。