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基于TS201的多DSP系统设计与实现

21ic 辛小枫 张伟?? 2010年05月17日 ?? 收藏0

  0 引言

  随着软件无线电技术的发展,以及大宽带高分辨率多路信号和多种信号处理方式的采用,信号处理中的运算量与数据吞吐量急剧上升,于是,越来越多的系统采取多DSP的并行处理方式来满足实时处理的性能要求。并行处理系统通常由多个处理单元组成,并通过一定的方法将一个任务分成若干个子任务,再分别由各处理单元去完成。一个合适的系统结构往往可以大大提高系统的运行效率,简化软件的实现,并且方便软硬件的更新和维护。

  1 ADSP-TS201简介

  ADSP-TS201是美国模拟器件(ADI)公司继TS101之后推出的一款高性能处理器,可广泛应用于大存储量、高性能、高速度的信号处理和图象处理系统中。TS201本身提供有可实现互连所需的片内总线仲裁控制和特有的链路口。可以方便的以各种拓扑结构互连DSP,以满足大运算量的需求。TS201的主要性能指标如下:

  ◇最高工作主频可达600 MHz,指令周期为1.67 ns,可支持单指令多数据(SIMD)操作;

  ◇采用LVDS技术和DDR方式传输数据,单向最大速率为500 MB/s,数据吞吐量为4 GB/s;

  ◇4条128位数据总线可与6个4MB的RAM相连,其34位地址总线可提供4GB的寻址空间;

  ◇有4个链路口,每个链路口可提供1.2 GB/s的传输速率,并可同时进行DMA传输;

  ◇可通过共享总线提供无缝连接以用于片内集成总线的仲裁控制;

  ◇片上SDRAM控制器和片上DMA控制器可提供14条DMA通道。

  2多DSP并行系统的结构

  图1所示为常见的多DSP并行处理网络结构。TS201芯片在组成多DSP系统时,处理单元之间的网络结构一般可采用如下几种形式:

  第一种是各处理单元有各自独立的数据存储器,它们通过通信口相连成分布式并行系统,称为松耦合式系统。松耦合式系统中的处理单元的连接方式很多,有线形、树形、星形、网孔、超立方体结构等。其中树形和星形网络的优点是网络管理容易,数据通信时寻径简单,缺点是处理单元数目较多时,“根”节点或中央节点处理单元的输入/输出吞吐量太大,容易造成通信瓶颈。超立体结构则以多维形式来增强网络的通信能力,它的优点是网络全对称,在节点连接特性、通信长度、算法的嵌入性、与其它连接形式的兼容性之间可提供很好的平衡,但随着处理单元个数的增多,该形式对网络硬件的要求也会增加。

多DSP并行处理网络结构

  第二种是共享总线或共享存储器系统,称之为紧耦合式并行系统。共享总线系统可使多个处理单元共同使用一套数据总线,其存储器所占用的地址段在各DSP中通常是相同的,这种结构的优点是简单,在DSP数目较少时,可以达到较高的加速比;但在DSP较多时,共享总线将造成频繁的总线冲突和等待,从而引起各处理单元等待总线令牌的时间大大增加。

  另外,将上面两种结构结合使用的系统也很常见。这些方式在利用其外部总线构成一个紧耦合结构的数据通路的同时,DSP之间还可通过LINK口以流式松耦合结构的方式互连,两种结构相辅相成,能够适应不同算法的需求,以达到最佳的资源利用。但也会使软件变得比较复杂。

  3? 基于TS201的多DSP系统设计

  复杂的电子信息战环境往往要求实时处理大量的信号脉冲,此时仅靠单系统已经不能适应超大运算量的要求,而并行处理,特别是多处理机并行处理才是解决多路大规模计算问题的可行途径。下面介绍一种基于TS201的DSP并行处理系统在机载雷达干涉仪中的应用实例。

  3.1? 系统结构设计

  图2所示是一种机械雷达干涉仪的连接图。本系统的接收信号包括4路不同天线到达的脉冲。系统首先通过FPGA对采集到的本路信号进行频率、脉宽、相位等参数的测算,再将结果传人本路DSP,由DSP对本路的多个脉冲进行PRI分选和脉冲分组,再将所有各路的分选信息集中在一个DSP中算出辐射源的位置。系统可通过上位机选择两种工作模式:选择比幅天线,则进入比幅测相模式;选择干涉天线,则进入干涉测相模式。

一种机械雷达干涉仪的连接图

  本系统中的4块TS201可通过链路口形成一个网状松耦合式系统。其中DSP0做为主节点进行工作模式字和结果的接收和转发。当其它节点结束了信号分选后,便可利用DMA通过链路口将4路脉冲信息集中在DSP0中以进行测相运算。


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TS201? DSP? 雷达? 处理器?

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