※本記事は、DSP Concepts社のエンジニアが作成したブログをマクニカで和訳したものになります。

DSP Concepts と Analog Devices のコラボレーションにより、Audio Weaver® Core ランタイムライブラリーのパフォーマンスは、SHARC+® コアを最大限に活用し、強力な SHARC+DSP FIR/IIR ハードウェアアクセラレーターを活用できるように最適化されています。

この最適化の取り組みは、ADSP-2156x、ADSP-2159x、および ADSP-SC59x 製品ファミリーのオーディオプロセッサーを使用する際に、車載オーディオシステムやその他の製品の開発者に明確なメリットをもたらします。Audio Weaver 組み込みライブラリーをより効率的に使用することで、多くの場合、CPU 負荷が軽減され、Audio Weaver を使用する際に、より複雑なアルゴリズムをサポートするための処理ヘッドルームが確保されます。

まず、ツールとテクノロジーについて説明します。

DSP Concepts のAudio Weaver は、ローコードでハードウェアに依存しないオーディオプラットフォームです。ターゲット SoC または DSP に組み込まれたオーディオ処理エンジンと組み合わせて、製品設計にドラッグアンドドロップのホストアプリケーションを使用することで、自動車オーディオ開発を合理化し、リスクと複雑さを軽減します。信号処理ライブラリーの広範なセットを備えた Audio Weaver には、プロトタイプから生産までの各ステップで製品メーカーを支援するツールが含まれています。

Audio Weaver はハードウェアに依存しないため、AWE Core ランタイムライブラリーをさまざまなシリコンメーカーのマイクロコントローラーユニット (MCU)、システムオンチップ (SoC)、専用デジタルシグナルプロセッサー (DSP) に組み込むことができます。

Audio Weaver で設計された信号処理レイアウトは、設計をターゲットハードウェアにデプロイする前に、PC ベースの Audio Weaver Designer アプリケーション内から試聴、チューニング、デバッグできます。AWE Core ライブラリーが組み込まれたターゲット製品にデプロイする準備ができたら、再設計は必要ありません。

Audio Weaver には、モジュールと呼ばれる550以上の信号処理ブロックが用意されています。カスタム自動車 IP を含む専用モジュールも用意されており、車内音声通信、オーディオアップミックス、エンジン高調波キャンセル、ロードノイズコントロールなどの機能を備えています。Audio Weaver は、4つのスピーカーを備えた基本設計から、エンジンサウンド合成、警告システム、30以上のスピーカーを備えたフル機能の自動車システムまで、あらゆる自動車オーディオシステムの設計に使用できます。

Analog Devices の ADSP-2156x シリーズプロセッサーは、車載アプリケーションやコンシューマー/プロオーディオアプリケーションで没入感のあるオーディオを提供するように設計されており、搭載されているSHARC+DSP コアは、前世代の SHARC コアからアップグレードされて倍精度浮動小数点演算をネイティブにサポートしています。ADSP-2159x シリーズでは、2つ目の SHARC+DSP コアを追加して、ピン互換パッケージでパフォーマンスを倍増し、単一のPCB設計で 400MIPS から 2000MIPS までのパフォーマンス拡張性を提供します。最後に、ADSP-SC59x シリーズは、DSP 性能に加えてシステム接続をサポートするArm® Cortex®-A5 コアを追加し、1つまたは2つの SHARC+DSP コアを搭載したモデルを提供します。

FIR/IIR ハードウェアアクセラレーターを使用すると、選択したオーディオフィルターをより効率的に使用でき、SHARC+DSP コアのクロックレートで SHARC+DSP コアと並列に動作するため、追加コストをかけることなく処理能力を向上させることができます。シングルコアの ADSP-2156x プロセッサーは FIR エンジンと IIR エンジンをそれぞれ1つずつ搭載していますが、ADSP-2159x/SC59x プロセッサーは DSP コアごとに1つの FIR エンジンと4つの IIR エンジンを搭載しています。SHARC+DSP コア、内蔵フィルターアクセラレーター、大容量オンチップ SRAM を搭載した ADSP-2156x/2159x/SC59x シリーズ SHARC+ プロセッサーは、没入型 3D サウンド、パーソナルオーディオゾーン、オートアクティブノイズキャンセリング、ロードノイズキャンセリング、エンジンサウンド合成、車両警告システムなどの低レイテンシの車載オーディオアプリケーションに最適です。

DSP Concepts とAnalog Devices は、SHARC+ プロセッサー上の AWE Core ライブラリーのパフォーマンスを最適化するために協力してきました。この共同作業において、両社は複数の方法で最適化に取り組んできました。

DSP Concepts は、プロセッシングモジュールのコレクションを含む組み込み Audio Weaver Core ランタイムライブラリーに焦点を当てています。標準および高度な DSP モジュールの両方が SHARC+ コア用に最適化され、CPU 負荷が大幅に改善されています。

Analog Devices では、AWE コアライブラリーを改良して、SHARC+ コアの11ステージパイプラインを最大限に活用し、可能な限り FIR/IIR ハードウェアアクセラレーターを活用できるように最適化された FIR/IIR アセンブリーを使用しています。さらに、最適化された AWE コアには、Analog Devices の統計関数、最適化された数学関数および複雑で実際の高速フーリエ変換 (FFT) アルゴリズムなど、手動で最適化された多数の DSP ライブラリーが組み込まれています。

この取り組みの結果、SHARC+ プロセッサーコアで実行される AWE Core ライブラリーは、全体的な CPU 負荷を軽減できる効率性の向上を示し、追加機能やチャンネル数の増加に対してより多くのオーバーヘッドを提供します。たとえば、最適化の前後で ADSP-21569 ベンチマークを比較すると、かなりの改善が見られます。高いチャネル数でインスタンス化された FIR または Biquad フィルターモジュールを使用した設計では、13%以上の処理ヘッドルームの増加の可能性があります。

図1：最適化されたライブラリーの全般的なパフォーマンス向上（DSP Conecpts 社より提供）

SHARC+ コアに対する Audio Weaver 最適化の実際のパフォーマンスの向上は、処理のためのヘッドルームが増加し、自動車システムの DSP により多くの作業をオフロードできるようになるために実現されます。これらの向上は、次に示す ADSP-21569 プロセッサーで実行されているレイアウトの例で示されています。次の図は、オーディオレベル1 (ALEV1) と2 (ALEV2) の例で、最も MIPS 負荷の高い3つのモジュールを示しています。

図2：ALEV1 の性能向上（DSP Conecpts 社より提供）

図3：ALEV2 のパフォーマンス向上（DSP Conecpts 社より提供）

車載オーディオシステムの設計では、新たに最適化されたAWE コアライブラリーと SHARC+ プロセッサーコアが開発者に大きなメリットをもたらします。このツールの組み合わせは開発プロセスの合理化に役立ち、DSP Concepts と Analog Devices による共同の最適化の取り組みは、製品メーカーが競争力のある機能豊富な設計を作成するのに役立つ実際の結果を示しています。