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1 引 言 數字信號處理技術已廣泛應用于通信、雷達、聲納、遙感、圖形圖像處理和語音處理等領域。隨著現代科技的發展，尤其是半導體工藝的進入深亞微米時代，新的功能強勁的高性能數字信號處理器(DSP)也相繼推出，如ADI（美國模擬器件）公司的TigerSHARC系列和TI（德州儀器）公司的C6000系列，但是，要實現對運算量和實時性要求越來越高的DSP 算法，如對基于分數階傅立葉變換的Chirp信號檢測與估計，合成孔徑雷達(SAR)成像，高頻地波雷達中的自適應濾波和自適應波束形成等算法，單片 DSP 仍然顯得力不從心。這些挑戰主要涉及兩個主題： 一是計算能力，指設備、板卡和系統中分別可用的處理資源。采用多DSP、多FPGA系統，將是提高運算能力的一個有效途徑。 二是連接性，從本質上說就是實現不同設備、板卡和系統之間的“快速”數據轉移。對于一些復雜的信息系統，對海量數據傳輸的實時性提出了苛刻的要求，多DSP之間、DSP與高速AD采集系統、DSP與FPGA間的高速數據傳輸，是影響信號處理流程的主要瓶頸之一。 TI公司最新推出的高性能 TMS320C6455（下文稱C6455）處理器，具有高速運算能力的同時集成了高速串行接口SRIO，方便多DSP以及DSP與FPGA之間的數據傳輸，在一定程度上滿足了高速實時處理和傳輸的要求。本文在多DSP+FPGA通用信號處理平臺的基礎上，深入研究了多DSP間，DSP與FPGA間的SRIO的數據通信和加載技術的軟硬件設計與實現。這些技術包括了目前SRIO接口的各種應用方式，可作為SRIO接口及C6455開發提供參考。 2 C6455特性及SRIO標準介紹 C6455是目前單片處理能力最強的新型高性能定點DSP，它是TI 公司基于第三代先進VeloviTI VLIW(超長指令字)結構開發出來的新產品。最高主頻為1.2GHz，16位定點處理能力為9600MMAC/s。C6455建立在增強型C64x+ DSP內核基礎之上，代碼尺寸平均縮短了20%至30%，周期效率提高了20%。C6455不僅是內核的增強和運算速度的提升，相比以前的芯片，集成了豐富的外圍接口，如千兆以太網控制器，66 MHz PCI總線接口，最重要的是增加了新的外設接口SRIO，全雙工工作時，四個端口峰值速率每秒高達25 Gbits，解決了DSP高速數據傳輸的瓶頸，降低了開發多處理器系統的難度。 RapidIO是新一代高速互連技術，已于2004年被國際標準化組織(ISO)和國際電工協會(IEC)批準為ISO/IEC DIS 18372標準。RapidIO互連定義包括兩類技術：面向高性能微處理器及系統互連的Parallel RapidIO接口；面向串行背板、DSP和相關串行控制平面應用的Serial RapidIO接口。SRIO支持編程模型包括基本存儲器映射IO事務、基于端口的消息傳遞和基于硬件一致性的全局共享分布式處理器。 SRIO互連架構是一個開放的標準，滿足了嵌入式基礎實施在應用方面的廣泛需要。可行的應用包括多處理器、存儲器、網絡設備中的存儲器映射I/O器件、存儲子系統和通用計算平臺。這一互連技術主要作為系統內部互連，支持芯片到芯片和板到板的通信，可以實現從1Gbps到60Gbps的性能水平，在高速互連方面將會有廣闊的發展前景。 3 C6455間的SRIO通信 3.1 C6455間的接口互連 C6455內嵌了SRIO模塊，擁有4個全雙工的port（端口），支持SRIO 1x/4x串行協議。每個port支持1.25Gbps、2.5Gbps、3.125Gbps的波特率，每個port可以單獨構成1x模式，也可以四個 port共同構成4x模式。SRIO采用的是CML（電流型邏輯）電平，布線時必須遵循布線約束。為了最小化來自接收方100歐終端電阻的反射，差分對應該具有50歐的阻抗，并且差分走線必須等長。在接收端串接耦合電容，隔離直流偏置。圖1是兩片C6455之間SRIO接口設計。 3.2 包格式 SRIO的傳輸操作是基于請求和響應機制，包（packet）是系統中端點器件的通信單元。圖2是一次傳輸操作的流程圖。首先由發起者產生一個傳輸請求，請求包被傳輸到相鄰的交換器件，從而進入交換結構，通過交換機構這個完整的請求包被轉發到目標器件。目標器件根據請求完成相應操作后，發送相應的響應包，經過交換機構傳回到發起者。此時一個完整的傳輸過程完成。 SRIO有三個層的協議共同組成，每層協議在包中都有體現。圖3給出典型的請求包和響應包的包格式示意圖。 請求包以物理層字段開始。S位指示這是一個包還是一個控制符號，AckID表明交換結構器件將使用控制符號來確認哪一個包，Prio字段指示用于流量控制的包優先級，TT為目標地址和源地址字段指示傳輸地址的機制類型、報應被遞送到的器件的地址和產生包的器件的地址，Ftype表示正被請求的事務，長度字段等于編碼后事務的長度，SRIO事務數據的有效載荷長度從1到256字節不等，源事務ID指示發送器件的事務ID，SRIO器件在兩個端點器件間最多允許256個未完成的事務。對于存儲器映射事務，跟隨在源事務ID后面的是器件偏移地址字段，用于指示數據的存放地址，CRC為校驗碼。 響應包與請求包類似，狀態字段指示是否成功完成了事務，目標事務ID字段的值與請求包中斷事務ID字段的值相等。 3.3 SRIO基本讀寫和門鈴操作 根據包的格式的不同，將事務劃分成很多類型，其中最重要的類型有三種：NREAD(基本讀操作)、NWRITE(基本寫操作)、DOORBELL(門鈴操作)。 通過這三種類型的組合就可以完成所有的存儲器讀寫操作。在介紹讀寫操作之前，先介紹一下與SRIO有關的DMA操作。 在C6455上，SRIO數據傳輸和DMA傳輸是結合的。此DMA與EDMA方式是獨立的，當進行SRIO傳輸時，DMA以自動方式啟動。對與發送方來說，DMA將數據從L2 SRAM搬移到SRIO端口，對于接收方來說，DMA將數據從SRIO端口搬移到L2 SRAM內存。因此，在進行傳輸時，讀寫地址是直接顯示在包里的，而且此地址就是被讀寫的DSP的地址。換句話說，DSP可以對另一片DSP的L2 SRAM直接進行讀寫操作。圖4就是自動DMA的傳輸操作。 讀寫操作和門鈴操作主要由圖5中的7個寄存器進行控制，這些寄存器里的值會自動加入到包中。在SRIO總線上，每個SRIO設備都有一個相應的設備地址，設備地址好比一個SRIO設備的ID，用于區別不同的SRIO設備。當SRIO總線上的一個SRIO設備進行讀寫訪問時，它發送的包就含有設備地址，只有自身設備地址與包的設備地址符合的SRIO設備才會對此次傳輸做出響應。SRIO Address MSB和SRIO Address LSB共同構成64-bit尋址，指示的是被訪問SRIO設備的地址。開發板上只用到32-bit尋址，因此，SRIO Address MSB為0，SRIO Address LSB指示的是被訪問的DSP的地址。DSP address指示的是本地DSP的地址。Byte_count這一項給出的是傳輸字節數，一次讀寫操作(可以是很多包)最多可以傳送4Kbytes的數據。DestID是目標設備的ID號，用來區分SRIO總線上的設備。Drbll Info用于門鈴事件，通過此位段的設置，從而向目標DSP產生中斷。Packet Type用來指示此次傳輸的類型，例如NREAD、NWRITE和DOORBELL等。 |
