Schwerpunkte

Prozessorkonzept für Hörgeräte

13. August 2007, 11:38 Uhr   |  Marc Niklaus und Richard McClurg


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Vertrauen auf das Mooresche Gesetz

Die Hörgeräte-Entwickler könnten auf beständige Fortschritte der Halbleitertechnik vertrauen; auf diese Weise werden sich ihre steigenden Anforderungen an DSPs auch künftig erfüllen. Dem stehen jedoch einige praktische Überlegungen entgegen. So führt der zunehmende Komplexitätsgrad beim Schaltungsentwurf mit neuen und weiterentwickelten Halbleitern zu längeren Entwicklungszeiten. Das heißt, dass auch der Entwurf einer DSP-Stufe zum Abarbeiten neuer, trickreicher Algorithmen länger dauert. Die Hörgeräte- Entwickler haben daher versucht, vorsorglich so viele Ideen wie nur möglich zu Algorithmen in einem DSP zu sammeln, damit dieser Prozessor einige Jahre überdauern kann, bevor der Bedarf für ein neues System entsteht. Allerdings gibt es keine Garantie, dass die beste Idee für einen leistungsfähigen Algorithmus nicht ausgerechnet dann kommt, wenn die Entwicklung des DSP bereits weit fortgeschritten und an eine Implementierung nicht mehr zu denken ist.

Die gegenläufigen Anforderungen an Leistungsvermögen, Leistungsaufnahme, Funktionsumfang, Entwicklungsdauer und Kosten lassen sich heute weder mit Standardprodukten noch mit rein anwendungsspezifischen DSPs zufriedenstellend erfüllen. AMI Semiconductor [1] bietet nun eine Lösung in Form einer jetzt verfügbar gewordenen DSP-Technologie, bei der von Änderungen betroffene Teile der Algorithmen für die Signalverarbeitung in Form von Software eingebracht werden, während die eher statischen Teile der Algorithmen als Hardware fest verdrahtet werden. Der Hersteller bezeichnet diese Technologie als „Reconfigurable Application Specific Processor“ (RASSP). Damit lassen sich etwa die in den Hörhilfen verwendeten DSPs nachträglich neu programmieren und neue Funktionen hinzufügen, sobald ein neuer Algorithmus die Testphase erfolgreich bestanden hat.

Rekonfigurierbarer ASSP

Zur Veranschaulichung des RASSP-Konzepts zeigt Bild 2 das Blockdiagramm des RASSP „Ezairo 5910“ von AMI Semiconductor, ein auf Mischsignale und offene Programmierung ausgelegter DSP-Baustein für akustische Hörhilfen der nächsten Generation. In nur 5,98 mm × 3,46 mm × 1,60 mm Bauvolumen enthält das IC den Chip, ein EEPROM sowie alle passiven Bauelemente, um die Signalwandler direkt an die Hörhilfe anschließen zu können. Das Bauteil ist ein System on Chip (SoC), eine vollständige Hörhilfe.

Das Kernstück des Ezairo 5910 ist ein asymmetrischer Doppelkern- Prozessor. Rechenintensive Algorithmen lassen sich auf die beiden Prozessorkerne so aufteilen, dass deren Auslastung ausbalanciert ist. Dies maximiert die Rechenleistung und minimiert zugleich die Leistungsaufnahme. Der Doppelkern selbst besteht aus einem 24-bit-DSP mit der Bezeichnung CFX – es handelt sich um eine vollständig programmierbare 24-bit-Block- Gleitkomma-CPU mit zwei auf Parallelität ausgelegten MACKernen (Multiplier ACcumulator) – und aus dem Beschleunigerbaustein HEAR. Die CFX-CPU ist der Hauptprozessor, sie übernimmt die Aufgaben der Systemsteuerung und der Koordination der Datenströme. Die Signalverarbeitung mit 24 bit – üblich sind hier 16 bit – erlaubt den Einsatz aufwendiger Algorithmen für eine adaptive Rauschunterdrückung, das richtungsbezogene Hören und einen wirksamen Schutz gegen Rückkopplungsgeräusche.

Der Beschleunigungsschaltkreis HEAR ist ein Hochleistungs- Signalprozessor mit besonders niedriger Leistungsaufnahme. Gesteuert von der CFX-CPU, übernimmt HEAR nahezu verzögerungsfrei qualitativ hochwertige Filteroperationen im Signalweg der Hörhilfe. Dies geschieht je nach Programmierung im Zeit- oder Frequenzbereich, wobei die Frequenzbänder wahlweise gleichmäßig oder ungleichmäßig aufgeteilt sein können. HEAR ist bereits für das Abarbeiten fortschrittlicher Algorithmen wie Kompression der Signaldynamik, richtungsbezogene Signalverarbeitung, Rückkopplungsschutz und Rauschunterdrückung bemessen worden.

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Bild 2. Blockdiagramm eines RASSP: Der Ezairo 5910 von AMIS kommt mit den unterschiedlichsten Eingangssignalen zurecht.

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1. Prozessorkonzept für Hörgeräte
2. Prozessorkonzept für Hörgeräte
3. Vertrauen auf das Mooresche Gesetz
4. Signalaufnahme mit mehreren Mikrofonen

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