Vernetzte Audiosysteme mit heterogenen Multicore-Prozessoren

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Der Anspruch an Systeme, Datensignale über große Entfernungen zu übertragen und verarbeiten hat heutzutage massiv zugenommen. Der ADSP-SC58x bietet hierfür eine leistungsstarke Einchip-Lösung.

Der Markt für vernetzte Audio-Produkte hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten einen regelrechten Boom erlebt. Den Prozess, Audio (komprimiert oder als Roh-Daten) über ein digitales Medium zu übertragen und für optimalen Hörgenuss aufzubereiten, findet man im Automotive Bereich, bei Industrie-Anwendungen, im Gesundheitswesen sowie in der Kommunikationstechnik und der Unterhaltungselektronik.

Dieser Prozess erfordert zwei einzigartige und spezifische Systeme. Eine CPU, auf der die Kommunikationsstacks ausgeführt werden, und einen DSP zur Verarbeitung der Audiodaten. Herkömmliche Systeme nutzten für diese Aufgaben zwei separate ICs. Der ADSP-SC58x aus der SoC-Prozessorfamilie von Analog Devices beinhaltet einen ARM A5 Core, auf dem die Kommunikationsstacks ausgeführt werden und zwei SHARC DSP-Cores zur Verarbeitung der Audiodaten. Für Konnektivität unterstützt der Prozessor ADSP-SC58x verschiedene Schnittstellen wie USB, Ethernet, PCIe und SDIO (für Wifi).

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Eine interessante Entwicklung existiert in Automobil- und Pro-Audio Anwendungen, in denen durch Nutzung eines Ethernet Netzwerkes Daten innerhalb des Automobils oder Studios transportiert werden. „Ethernet Audio Video Bridging“ (EAVB) ist ein relativ neuer Standard, den verschiedene Märkte zur Übertragung von Daten über das Ethernet Netzwerk nutzen. Beim Einsatz von EAVB zum Transport von Daten können digitale Audioströme aus der Head Unit im vorderen Teil des Fahrzeugs an den Verstärker im hinteren Fahrzeugteil geschickt werden. Audiodaten von Mikrofonen in einem Studio können an den Mischer geschickt werden und auf verschiedene Studio-Monitore verteilt werden.

Der EAVB-basierte Audioverstärker ist ein Beispiel eines Systems der professionellen Audiotechnik, das sowohl Netzwerkanbindung als auch digitale Signalverarbeitung erfordert. In einem typischen EAVB-basierten Verstärker wird auf der CPU der EAVB-Stack für die Netzwerkanbindung ausgeführt, während die Audioalgorithmen auf einem DSP verarbeitet werden.

Ein EAVB-System mit heterogenem Multicore-Prozessor

Bild 1 zeigt ein auf dem ADSP-SC584 basierendes EAVB-System. Der heterogene Multicore-Prozessor ADSP-SC58x (alles im grau unterlegten Bereich) verfügt über genügend Rechenleistung, die das System benötigt und beinhaltet die für diese Anwendung am häufigsten verwendeten Schnittstellen. Der integrierte Gigabit Ethernet MAC überträgt die Ethernet-Pakete über DMA (Direct Memory Access) direkt in das externe L3 DDR Memory. Der EAVB-Stack, der auf dem ARM A5 Core ausgeführt wird, verarbeitet die Pakete, extrahiert die Audiodaten und schreibt die Audiodaten blockweise ins interne L2 SRAM.

In Bild 1 sind die SHARC-Cores so konfiguriert, dass sie die Audiodaten seriell verarbeiten. Auf dem ersten SHARC-Core können z.B. Algorithmen zur Signalaufbereitung ausgeführt werden. Der verarbeitete Audio-Datenblock wird an den zweiten SHARC-Core weitergeleitet auf dem dann die Daten in Lautstärke- oder Mischer-Algorithmen verarbeitet werden. Die resultierenden Audiodaten werden über den synchronen seriellen Port (SPORT) durch das Digital Audio Interface (DAI) an den D/A-Wandler ADAU1962 übertragen.

Ein heterogenes SoC maximiert die Effizienz, indem es Verarbeitungsknoten nutzt (z.B. CPU und DSP), die auf den auszuführenden Code ausgelegt sind. Der ARM- Cortex-A5-Core ist optimiert für den Datentransport und eine effizienzte Ausführung von Programm-Verzweigungen und damit genau auf das, was ein Kommunikationsstack wie EAVB benötigt. Weniger geeignet ist der Cortex-A5-Core für parallele Fließkommaoperationen, wie sie in vielen Audioalgorithmen benötigt werden.

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