DSP SDK 架构

SoC 系统架构介绍

Realtek Ameba SoC 采用异构多核架构，由 MCU 核和 DSP 核组成，两者协同工作实现完整的系统功能。传统单片机架构在处理计算密集型任务（如 AI 推理、复杂音频处理）时往往性能不足或者任务间相互干扰。异构多核架构通过分工协作解决了这一问题：

MCU 核：专注于系统控制和通信，负责 Wi-Fi/蓝牙协议栈、外设驱动等，保证系统稳定性和实时性；
DSP 核：专注于算法计算，负责 AI 算法、音频处理、传感器数据融合等计算密集型任务，发挥硬件加速器的性能优势。

DSP SDK 不能独立运行，必须配合 MCU SDK (FreeRTOS SDK) 使用。Ameba SDK 的整体系统架构如下：

系统各层级说明：

架构层级	负责模块	功能描述
应用层	DSP 核 + MCU 核	负责语音算法、传感器应用等计算密集型任务，以及外设控制、系统逻辑等控制任务
算法处理层	DSP 核 (HiFi5)	负责 AI 算法、音频处理、数据融合等计算密集型任务。不直接操作传感器、外设。
核间通信层	IPC (Inter-Process Communication)	DSP 与 MCU 之间的数据传递和控制通信
系统控制层	MCU 核	负责 Boot、Wi-Fi/蓝牙协议栈、外设驱动，以及音频的录制、回放等。
硬件抽象层	HAL & Drivers	统一的硬件访问接口
硬件层	SoC	实际的芯片硬件

DSP 对 MCU 的依赖关系：

依赖类型	说明	MCU 承担的角色
启动依赖	DSP 无自举能力，无法独立启动	MCU 在系统启动时将 DSP 固件加载到内存并触发启动
硬件资源共享	外设时钟速度较慢，不建议 DSP 直接访问所有硬件外设	MCU 提供驱动服务，DSP 通过 IPC 调用
内存管理	DSP 使用的内存区域需要预先配置	MCU 在 Boot 阶段完成内存配置和分配
时钟与电源	DSP 需要独立的时钟域管理	MCU 负责 DSP 时钟使能和电源管理

DSP SDK 专注于算法处理：

DSP 核心：Cadence HiFi5 高性能音频/语音 DSP 处理器
算法库：AIVoice、TFLite Micro、Neural Network Library
驱动支持：iDMA、GDMA 等专用加速器驱动
开发工具：Xplorer IDE、调试插件、ISS 仿真器

MCU SDK 提供完整的系统功能：

无线连接：Wi-Fi 和蓝牙协议栈，提供网络通信能力
外设驱动：UART、I2C、SPI、GPIO、Timer 等，DSP 可以通过 IPC 间接调用
安全功能：Secure Boot、TrustZone、加密引擎等
DSP 管理：DSP 固件加载、启动、监控

备注

关于 MCU SDK 的详细内容，请参考： MCU SDK 使用指南。

DSP SDK 组成结构

本节介绍 DSP SDK 的目录结构和各组件的功能定位。

DSP SDK 总体结构:

SDK
├── bsp                   外设驱动 (IPC、GDMA、GPIO、Timer、OTP 等)
├── configurations        Windows、Linux 平台的编译配置包
├── example               GDMA、iDMA 等使用示例
├── lib                   FreeRTOS、IPC、HiFi5 等库文件
└── project               DSP 工程工作区

备注

对于 AIVoice、TFLite Micro 等高阶功能，由独立的仓库进行托管和维护：

Project 工作区

project 目录是 Xplorer IDE 的工作区，包含主程序入口、链接脚本、工程配置文件等：

project
 ├── auto_build             Linux 命令行编译脚本及中间文件
 ├── image                  编译生成的固件和反汇编文件
 ├── img_utility            后处理脚本、LSP 修改脚本
 ├── project_dsp            DSP 工程文件（主函数、MPU 配置等）
 └── RTK_LSP                链接脚本（Linker Script）

Example 示例

example 目录包含了基本外设的使用方法。AIVoice、TFLM 等高级应用的示例位于各自独立仓库。关于例程的编译方法和编译机制说明，请参考：例程编译

例程名称	功能类型	简介
example_gdma	DMA 操作	演示 GDMA 的单块和多块传输模式
example_idma	DMA 操作	演示 iDMA 将数据从 PSRAM 搬运到 DTCM
example_idma_nn	算法加速	演示 iDMA ping-pong 策略加速神经网络计算

Library 库文件

lib 目录包含 DSP 开发所需的组件库和算法库，提供不同 ABI (Call0/Window) 和工具链的编译版本，包括 aivoice、ipc、freertos、hifi5、tflite_micro、xa_nnlib 等。关于库文件的详细说明和使用方法，请参考： DSP 库

版本兼容性

DSP SDK 与 MCU SDK 存在版本依赖关系。由于两个 SDK 由独立维护，且涉及异构多核架构的紧密协作，使用不兼容的版本组合可能会出问题。

Cadence 官方文档

Cadence 提供了完整的 HiFi5 DSP 官方文档，包括配置信息、用户手册、编译器链接器使用手册、仿真调试手册等。安装完 Xplorer 工具链后，文档位于以下路径：

DSP 使用说明：

C:\usr\xtensa\XtDevTools\downloads\RI-2021.8\docs

DSP 架构文档 (Call0 ABI)：

C:\usr\xtensa\XtDevTools\install\builds\RI-2021.8-win32\HIFI5_PROD_1123_asic_UPG\index.html

DSP 架构文档 (Window ABI)：

C:\usr\xtensa\XtDevTools\install\builds\RI-2021.8-win32\HIFI5_PROD_1123_asic_wUPG\index.html

DSP 使用说明：

/opt/xtensa/XtDevTools/downloads/RI-2021.8/docs

DSP 架构文档 (Call0 ABI)：

/opt/xtensa/XtDevTools/install/builds/RI-2021.8-linux/HIFI5_PROD_1123_asic_UPG/index.html

DSP 架构文档 (Window ABI)：

/opt/xtensa/XtDevTools/install/builds/RI-2021.8-linux/HIFI5_PROD_1123_asic_wUPG/index.html

在上述 docs 目录下，以下文档在开发过程中最为常用：

应用场景	文档名称	说明
调试相关	`xtensa_debug_guide.pdf`	Xtensa 调试指南
调试相关	`gnu_gdb_ug.pdf`	GDB 调试工具使用手册
ISS 仿真	`inst_set_sim_ug.pdf`	指令集仿真器使用方法
性能分析	`gnu_profiler_ug.pdf`	Profile 结果分析工具使用指南
内存布局	`lsp_rm.pdf`	链接脚本和内存布局参考手册
iDMA 使用	`sys_sw_rm.pdf` (Chapter-8)	The Integrated DMA Library API
异常分析	`isa_rm.pdf` (Table-94)	Exception Causes (异常原因对照表)

备注

当遇到 Crash Dump 需要分析异常原因时，请参考 isa_rm.pdf 中的 Table-94。