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隨著軟件無線電技術的發展，以及大寬帶高分辨率多路信號和多種信號處理方式的采用，信號處理中的運算量與數據吞吐量急劇上升，于是，越來越多的系統采取多DSP的并行處理方式來滿足實時處理的性能要求。并行處理系統通常由多個處理單元組成，并通過一定的方法將一個任務分成若干個子任務，再分別由各處理單元去完成。一個合適的系統結構往往可以大大提高系統的運行效率，簡化軟件的實現，并且方便軟硬件的更新和維護。 1 ADSP-TS201簡介 ADSP-TS201是美國模擬器件(ADI)公司繼TS101之后推出的一款高性能處理器，可廣泛應用于大存儲量、高性能、高速度的信號處理和圖象處理系統中。TS201本身提供有可實現互連所需的片內總線仲裁控制和特有的鏈路口。可以方便的以各種拓撲結構互連DSP，以滿足大運算量的需求。TS201的主要性能指標如下： ◇最高工作主頻可達600 MHz，指令周期為1.67 ns，可支持單指令多數據(SIMD)操作； ◇采用LVDS技術和DDR方式傳輸數據，單向最大速率為500 MB／s，數據吞吐量為4 GB／s； ◇4條128位數據總線可與6個4MB的RAM相連，其34位地址總線可提供4GB的尋址空間； ◇有4個鏈路口，每個鏈路口可提供1.2 GB／s的傳輸速率，并可同時進行DMA傳輸； ◇可通過共享總線提供無縫連接以用于片內集成總線的仲裁控制； ◇片上SDRAM控制器和片上DMA控制器可提供14條DMA通道。 2 多DSP并行系統的結構 圖1所示為常見的多DSP并行處理網絡結構。TS201芯片在組成多DSP系統時，處理單元之間的網絡結構一般可采用如下幾種形式： 第一種是各處理單元有各自獨立的數據存儲器，它們通過通信口相連成分布式并行系統，稱為松耦合式系統。松耦合式系統中的處理單元的連接方式很多，有線形、樹形、星形、網孔、超立方體結構等。其中樹形和星形網絡的優點是網絡管理容易，數據通信時尋徑簡單，缺點是處理單元數目較多時，“根”節點或中央節點處理單元的輸入／輸出吞吐量太大，容易造成通信瓶頸。超立體結構則以多維形式來增強網絡的通信能力，它的優點是網絡全對稱，在節點連接特性、通信長度、算法的嵌入性、與其它連接形式的兼容性之間可提供很好的平衡，但隨著處理單元個數的增多，該形式對網絡硬件的要求也會增加。 第二種是共享總線或共享存儲器系統，稱之為緊耦合式并行系統。共享總線系統可使多個處理單元共同使用一套數據總線，其存儲器所占用的地址段在各DSP中通常是相同的，這種結構的優點是簡單，在DSP數目較少時，可以達到較高的加速比；但在DSP較多時，共享總線將造成頻繁的總線沖突和等待，從而引起各處理單元等待總線令牌的時間大大增加。 另外，將上面兩種結構結合使用的系統也很常見。這些方式在利用其外部總線構成一個緊耦合結構的數據通路的同時，DSP之間還可通過LINK口以流式松耦合結構的方式互連，兩種結構相輔相成，能夠適應不同算法的需求，以達到最佳的資源利用。但也會使軟件變得比較復雜。 3 基于TS201的多DSP系統設計 復雜的電子信息戰環境往往要求實時處理大量的信號脈沖，此時僅靠單系統已經不能適應超大運算量的要求，而并行處理，特別是多處理機并行處理才是解決多路大規模計算問題的可行途徑。下面介紹一種基于TS201的DSP并行處理系統在機載雷達干涉儀中的應用實例。 3.1 系統結構設計 圖2所示是一種機械雷達干涉儀的連接圖。本系統的接收信號包括4路不同天線到達的脈沖。系統首先通過FPGA對采集到的本路信號進行頻率、脈寬、相位等參數的測算，再將結果傳人本路DSP，由DSP對本路的多個脈沖進行PRI分選和脈沖分組，再將所有各路的分選信息集中在一個DSP中算出輻射源的位置。系統可通過上位機選擇兩種工作模式：選擇比幅天線，則進入比幅測相模式；選擇干涉天線，則進入干涉測相模式。 本系統中的4塊TS201可通過鏈路口形成一個網狀松耦合式系統。其中DSP0做為主節點進行工作模式字和結果的接收和轉發。當其它節點結束了信號分選后，便可利用DMA通過鏈路口將4路脈沖信息集中在DSP0中以進行測相運算。 3.2 系統的軟件實現 若要實時處理大量的信號脈沖，那么，滿足信號實時處理的DSP并行處理系統軟件就必須包括并行處理系統的控制管理軟件和實時處理任務模塊兩部分。其中，系統控制管理軟件主要維持處理接點的正常運轉。由于此系統要求保證4塊DSP同步運行，所以，每次進行測相的4路數據必須完全對應。這就要求主節點上的控制管理程序要能完成工作模式字和結果的接收和轉發，同時要監控各個節點上的DSP狀態。而其它DSP上的控制管理程序則主要協調計算過程和數據傳輸過程的流水切換。 并行處理器的任務分配原則一般是每個DSP的運算應盡可能均衡。當流水線中某一段任務負載量大于其它段時，就可能會形成處理瓶頸而降低系統效率，從而直接影響整個系統的實時處理能力。在系統中的實時處理任務模塊中，可用四片以并行處理方式來完成信號的實時處理。四片DSP可同時進行本路數據的分選，然后將本路處理的結果發往主節點。當主節點進行測相處理時。其它3片DSP將進行數據的矯正和存儲。 把軟件劃分為兩部分可使管理、開發以及調試獨立起來，這樣不但可簡化系統設計，更重要的是，還可增加新的運算指令算法流程，同時，改進個別算法時，只需要改動個別子程序即可。圖3是比幅模式下的流程簡路。 4 結束語 本文給出了一種基于TS201的多DSP并行系統方案實例。事實上，在多并行系統的設計中，采用網狀松耦網絡結構可使網絡管理更容易，同時也可方便地利用DMA傳輸來將多路信息集中在同一個節點進行運算。其對稱結構也可使配套程序簡單化，還可使多個節點重復利用。因此，本文可以作為設計多DSP并行系統的一種參考。 |
