- 相關(guān)推薦
一種新型多DSP并行處理結(jié)構(gòu)
摘要：提出了一種由6片ADSP-21161構(gòu)成的新型的多DSP并行處理結(jié)構(gòu)，它具有運(yùn)算能力強(qiáng)、I/O帶寬寬、通信手段多樣、能靈活地改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、可擴(kuò)展性和通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且以此并行計(jì)算結(jié)構(gòu)為核心設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了通用高速實(shí)時(shí)雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)。傳統(tǒng)的雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)具體的需求確定算法流程以及硬件結(jié)構(gòu)的。這導(dǎo)致了系統(tǒng)升級(jí)的困難加大。當(dāng)信號(hào)處理的內(nèi)容改變、要求處理的數(shù)據(jù)量加大、改進(jìn)處理算法時(shí)，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。
利用軟件無(wú)線電的原理，可以構(gòu)建通用的硬件平臺(tái)，輔之以必要的軟件系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)處理功能。
本結(jié)構(gòu)采用高速浮點(diǎn)DSP（ADSP-21161N）。ADSP-21161集成了一個(gè)性能優(yōu)良的浮點(diǎn)DSP核和豐富的在片功能，并且提供了實(shí)用可靠的多處理器互聯(lián)及并行處理的方式。以六片ADSP-21161N構(gòu)成的多處理器結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的處理能力，可以完成各種高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理功能。
實(shí)時(shí)信號(hào)處理要求巨大的計(jì)算量與超高速的計(jì)算速度，而現(xiàn)在的單片DSP很難滿足要求，因此必須采用合理的多DSP并行計(jì)算結(jié)構(gòu)。雷達(dá)信號(hào)處理的特點(diǎn)要求處理結(jié)點(diǎn)具有大的I/O帶寬，以實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐能力，通用的系統(tǒng)還必須支持多種算法，因此應(yīng)能根據(jù)不同并行算法的要求靈活地改變多DSP并行計(jì)算的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并提供方便多樣的相互通信手段。
圖1
1 ADSP-21161N芯片簡(jiǎn)介
ADSP-21161N是美國(guó)ADI公司近斯推出的功能強(qiáng)大的32bit浮點(diǎn)DSP芯片，采用超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)，擁有多條內(nèi)部總線、高速運(yùn)算單元、大容量存儲(chǔ)器、靈活多樣的外部接口。它的核心工作頻率可達(dá)100MHz，外部總線工作頻率可達(dá)50MHz。由于其內(nèi)部包括兩組處理單元，每組又運(yùn)用三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，故而運(yùn)算處理速度可達(dá)達(dá)到600MIPS，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)DSP的低工作頻率、高處理能力的功能可以降低功耗。
大容量?jī)?nèi)部雙端口SRAM，容量可達(dá)到1Mbit，分成兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，一個(gè)周期可同時(shí)完成指令代碼及操作數(shù)的存取，并可任意設(shè)置成16位、32位或48位字寬，給不同的應(yīng)用帶一籽方便。
主機(jī)（HOST）與多處理器接口無(wú)需外部電路，依靠片內(nèi)總線仲裁邏輯和DMA控制器的支持，能夠方便地構(gòu)成緊耦合的共享總線/共享存儲(chǔ)器的并行系統(tǒng)。在片的SDRAM控制器，可直接管理SDRAM，多DSP之間可以很好地協(xié)調(diào)共同使用SDRAM，從而構(gòu)成一個(gè)一體化的處理系統(tǒng)。
兩套雙向高速LINK數(shù)據(jù)傳輸，每套LINK口受獨(dú)立的DMA控制 器、發(fā)送/接收數(shù)據(jù)FIFO的支持，可進(jìn)行最高達(dá)100MB/s的高速數(shù)據(jù)傳，大大提高了并行處理能力，可借以構(gòu)成松耦合的分布式并行系統(tǒng)。
另外，還有SPI接口、可編程I/O管腳（FLAG）以及同步串口等通信端口。
2 多處理器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
在多處理器系統(tǒng)中，處理器節(jié)點(diǎn)之間的通信通常使用兩種方案：一種方案是使用專門的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信信道；另一種方案是節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)個(gè)共享的全局存儲(chǔ)器和一條并行總線進(jìn)行通信。這兩種解決方案則構(gòu)造了兩種多DSP結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)流式結(jié)構(gòu)和簇式結(jié)構(gòu)。
2.1 數(shù)據(jù)流工多處理器結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)流式多處理器結(jié)構(gòu)應(yīng)用ADSP-21161N的鏈路口進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。系統(tǒng)的算法可以分解成多個(gè)部分，分別由多個(gè)處理器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，并將數(shù)據(jù)按順序放到由處理器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的“流水線”上。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特別適合于對(duì)計(jì)算帶寬要求高、靈活性要求低的應(yīng)用。但作業(yè)一個(gè)通用的處理平臺(tái)，必須做到靈活性強(qiáng)，因此本文所介紹的系統(tǒng)并沒(méi)有應(yīng)用數(shù)據(jù)流式結(jié)構(gòu)，而是簇式結(jié)構(gòu)。
2.2 族式多處理器結(jié)構(gòu)
族式多處理器結(jié)構(gòu)適合于需要一定靈活性的應(yīng)用，特別是當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)必須我種不同任務(wù)，而其呈些可有需要并發(fā)運(yùn)行的情況。簇式多處理器結(jié)構(gòu)如1所示。
ADSP-21161N的內(nèi)部存儲(chǔ)器是針對(duì)滿足多處理器系統(tǒng)I/O的需要設(shè)計(jì)的，片內(nèi)的雙口RAM允許在處理器核進(jìn)行雙數(shù)據(jù)訪問(wèn)的同時(shí)進(jìn)行全速的處理器間傳送，而不需要從處理器核竊取周期使處理器保持完整的100MIPS、600MFLOPS的性能。通過(guò)軟件的設(shè)計(jì)，6片ADSP-21261N組成的一個(gè)統(tǒng)一的族式多處理器系統(tǒng)，可以將多處理器配置成數(shù)字并行或者是控制并行系統(tǒng)。由于各處理器節(jié)點(diǎn)內(nèi)核之間不相互制約，這樣一個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到3600MFLOPS的運(yùn)算速度，對(duì)于通常的信號(hào)處理工作完全可以做到實(shí)時(shí)處理。
簇內(nèi)存在一個(gè)瓶頸，這是因?yàn)樵诿總�(gè)周期里只有兩個(gè)處理器可以通過(guò)共享的總線進(jìn)行通信，其它的處理器則被阻塞，直到總線被釋放為止。由于ADSP-21161N也可以在一個(gè)族中進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈路口傳送，該瓶頸很容易被消除。通過(guò)普通總線可以動(dòng)態(tài)的建立和激活處理器間的數(shù)據(jù)鏈接。由于ADSP-21161N僅有兩個(gè)鏈接口，各處理器間只能兩兩相連構(gòu)成一條鏈路，不相鄰的兩個(gè)處理器節(jié)點(diǎn)之間的通信則要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)給予支持。但由于ADSP-21161N的鏈路口數(shù)據(jù)傳輸速率為100MB/s，而且傳輸字寬為8bit，基本可以消除此瓶頸的影響。
2.3 多處理器總線仲裁
多個(gè)ADSP-21161N可以共享外部總線，而不需要另外的仲裁電路�？偩�仲裁是通過(guò)使用BR1-BR6、HBR和HBG等信號(hào)完成的。BR1-BR6在多個(gè)ADSP-21161N之間進(jìn)行仲裁，HBR和HBG完成ADSP-21161N主處理器和主機(jī)處理器之間的部控制權(quán)傳遞�？偩�仲裁可以采用跑步 同的優(yōu)先權(quán)機(jī)制解決總線請(qǐng)求的競(jìng)爭(zhēng)：固定優(yōu)先權(quán)和循環(huán)優(yōu)先權(quán)。RPBA管腳決定使用哪種優(yōu)先權(quán)機(jī)制。當(dāng)RPBA為高電平時(shí)選擇循環(huán)優(yōu)當(dāng)RPBA為低電平野外選擇固定優(yōu)先。由于循環(huán)優(yōu)先機(jī)制控制比較復(fù)雜，因此一般可和固定優(yōu)先機(jī)制，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，固定優(yōu)先機(jī)制很容易用，而且效果不錯(cuò)。在固定優(yōu)先機(jī)制中，參與競(jìng)爭(zhēng)總線的ADSP-21161N中，ID號(hào)最小的ADSP-21161N將成為主處理器，從而可以將先級(jí)羅高的處理工作放在ID號(hào)較小的處理器中。在軟件優(yōu)先權(quán)控制上則需要較少的運(yùn)算開銷。
多處理器系統(tǒng)中各ADSP-21161N之間的BR1-BR6要連在一起，用到的BRx線的數(shù)量等于系統(tǒng)中ADSP-21161N的數(shù)量。每個(gè)處理器驅(qū)動(dòng)
【一種新型多DSP并行處理結(jié)構(gòu)】相關(guān)文章：
基于dsp三相變流器滑模變結(jié)構(gòu)控制（c）06-03
基于web的異地并行設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)研究06-02
論新型磁力儀展望05-28
結(jié)構(gòu)方面的毛病05-08
論文的結(jié)構(gòu)和排版格式07-25
談新型的人力資源管理05-29
善的意志有多善？05-29