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在通信、雷達等系統中，特別是在3G無(wú)線(xiàn)基站等系統中，隨著(zhù)輸入語(yǔ)音 數字和分組數據量急劇增加，系統的處理能力也需要急劇增加，這需要一種功能強大的大型并行陣列信號處理系統。系統往往需要進(jìn)行非常復雜的數據處理，雖然 DSP技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，出現了高速DSP芯片，但是使用單個(gè)DSP芯片還是不能適用系統的需求，迫切需要把多個(gè)DSP組成互聯(lián)系統，以增強整體數據 處理能力。本文主要研究TI公司的TMS320C6x系列DSP的主機接口（HPI）、多通道緩沖串口（McBSP）以及AD公司的ADSP2106x系 列DSP的鏈路口（Link），介紹了利用其組成DSP并行系統時(shí)各種互連方法和優(yōu)缺點(diǎn)。 1 TMS320C6x簡(jiǎn)介 TMS320C6x內部主要包括1個(gè)中央處理器單元（CPU），1個(gè)程序內存和一個(gè)數據內存，DMA，1個(gè)外部存貯器接口（EMIF），1個(gè)主機接口 （HPI），2個(gè)多通道緩沖串口（McBSP），TMS320C6x的CPU 內部有8個(gè)處理單元，每個(gè)時(shí)鐘最多可處理8條指令。TMS320C6x的接口靈活，處理能力強，運算速率高，因此在民用和軍用領(lǐng)域都將有廣闊的應用前景， 在軍事通信、電子對抗、雷達系統、精確制導武器等需要高度智能化的應用領(lǐng)域，這種芯片的高速處理能力具有不可替代的優(yōu)勢。 2 利用TMS320C6x的HPI組成多DSP互聯(lián)并行系統 主機口HPI是一個(gè)16／32 b寬度的對外接口，外部主機（也叫做上位機）掌管該接口的主控權，外部主機可通過(guò)HPI直接訪(fǎng)問(wèn)DSP的存貯空間。另外，主機還可以直接訪(fǎng)問(wèn) TMS320C6x片內的存貯映射的外圍設備。復位時(shí)向DSP加載程序，對DSP進(jìn)行控制。外部主機是HPI的主管方，DSP是HPI的從方。主機可以通 過(guò)HPI訪(fǎng)問(wèn)DSP，但DSP不能通過(guò)HPI向外部進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。在這類(lèi)系統中，通常包括一個(gè)主處理器和很多從處理器，主處理器一般是通信控制器，例如 MPC8260，MC68360等，當然TMS320C6x也可以作為主處理器，用來(lái)進(jìn)行對系統的輸入輸出數據及整個(gè)系統進(jìn)行進(jìn)行管理。從處理器一般是多 個(gè)DSP（如TMS320C6x），用來(lái)進(jìn)行算法處理。主處理器通過(guò)HPI向DSP加載程序，對DSP進(jìn)行控制，可以通過(guò)HPI向DSP寫(xiě)入待處理的數據 或通過(guò)HPI讀取DSP處理完的數據，DSP之間的數據可以通過(guò)HPI由主處理器進(jìn)行中轉。如圖1所示，主處理器可以直接連接多個(gè)邏輯。此方法結構簡(jiǎn)單， 但主處理器負擔較重，和多個(gè)DSP通信效率較低，且主處理和DSP陣列需要在同一塊單板上。 另一種方法如圖2所示，主處理器PCI總線(xiàn)連接到PCI／HPI接口轉換控制芯片上，接口 轉換芯片控制多個(gè)DSP并完成主處理器和DSP之間、DSP相互之間的數據交換。此時(shí)主處理器和DSP陣列可以不在同一塊單板上。在該系統中（若主處理為 MPC8260，需增加8260到PCI總線(xiàn)的橋片），HPI／PCI接口轉換控制芯片是整個(gè)系統設計的關(guān)鍵，可選TI公司的PCI2040，PLX公司 的PCI9054，Tundra公司的Tsi920。 主處理器也可以通過(guò)TMS320C6x來(lái)充當，利用DSP的HPI接口組成一個(gè)多DSP互 連并行系統，一般是一個(gè)主處理器和一個(gè)從處理器，此種方法的一個(gè)應用實(shí)例是在雷達中的應用�；八惴ㄊ菙底中盘柼幚碇幸环N常用的基本算法，但滑窗算法一般 是遍歷性的算法，其運算量大，在實(shí)時(shí)處理中受到限制。利用2片TI公司的高速DSP芯片TMS320C6201，應用其HPI接口并行實(shí)現多種滑窗算法， 滿(mǎn)足了某雷達系統解模糊的實(shí)時(shí)需要。系統由2片TMS320C6201完成所有的數字信號處理算法，主要是多重滑窗算法。根據實(shí)際系統的需要，將多重滑窗 算法處理分布在2片TMS320C6201上，利用其HPI接口完成多處理機之間的快速數據交換，構成多機并行處理系統，完成多重滑窗算法的多機并行處理。整個(gè)系統的基本框圖如圖3所示。 3 利用TMS320C6x的McBSP組成的多DSP并行互連系統 McBSP稱(chēng)為多通道緩沖串口，他有一個(gè)發(fā)送端口和一個(gè)接收端口，多個(gè)DSP可以通過(guò)McBSP連接到一個(gè)串行時(shí)際交換芯片，采用時(shí)際交換的方式進(jìn)行數 據交換。數據收發(fā)以幀為單位進(jìn)行。每個(gè)發(fā)送幀分成n個(gè)發(fā)送時(shí)隙，不同的發(fā)送時(shí)隙對應不同的接收DSP，例如：DSP0的發(fā)送端口在時(shí)隙1給DSP1發(fā)送數 據，在時(shí)隙2給DSP2發(fā)送數據，在時(shí)隙n給DSPn發(fā)送數據；每個(gè)接收幀分成n個(gè)接收時(shí)隙，不同的接收時(shí)隙對應不同的發(fā)送DSP。例如：DSP1的接收端口在時(shí)隙0接收來(lái)自DSP0的數據，在時(shí)隙2接收來(lái)自DSP2的數據，在時(shí)隙n接收來(lái)自DSPn的數據。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是接口簡(jiǎn)單，可以實(shí)現多個(gè) DSP的全互連來(lái)進(jìn)行并行處理。缺點(diǎn)是數據以串行方式傳輸，速率較低。 4 利用ADSP2106x的Link口組成多DSP互連并行系統 首先對ADSP2106x做一簡(jiǎn)單介紹。ADSP2106x是一種高性能的32 b數字信號處理器，采用超級哈佛結構。內有3條片內總線(xiàn)，他們是PM總線(xiàn)（程序存貯器）、DM總線(xiàn)（數據存貯器）和I／O總線(xiàn)。PM總線(xiàn)既可用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)指令，也可以用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)數據。在一個(gè)單周期內，處理器可以訪(fǎng)問(wèn)2個(gè)數據，一個(gè)通過(guò)DM總線(xiàn)，另一個(gè)通過(guò)PM總線(xiàn)，而指令要到指令緩沖中去取。他的外部口提供與 外部存貯器、存貯器映像I／O、主機處理器、多處理機系統中的其他ADSP2106x連接的接口。外部口完成內部和外部的總線(xiàn)仲裁，并且向共享的全局存貯 器和I／O設備提供控制信號。最顯著(zhù)的特點(diǎn)是提供了6個(gè)鏈路口，為多DSP并行處理提供了很大的方便。 ADSP2106x提供了6個(gè)鏈路口， 每個(gè)鏈路口包括4位數據線(xiàn)、1個(gè)雙向時(shí)鐘信號、1個(gè)雙向確認信號、鏈路握手信號，每個(gè)鏈路口可以按2倍時(shí)鐘頻率的速率進(jìn)行數據傳輸�？梢元毩⒐ぷ骰蛲瑫r(shí)工 作，鏈路數據可以打包成32 b或48 b數據，可以被處理器核訪(fǎng)問(wèn)，可以與片內存貯器進(jìn)行DMA傳送，外部主機可以直接訪(fǎng)問(wèn)鏈路口。具有雙緩沖的發(fā)送和接收寄存器�？赏ㄟ^(guò)時(shí)鐘／確認信號在鏈路 口通信時(shí)握手，每個(gè)鏈路口均可收／發(fā)數據，并分別有一個(gè)DMA通道支持。由于有6個(gè)鏈路口，所以若數據總線(xiàn)采用緊耦合的方式，則一組多DSP最多可以有6 個(gè)DSP。 ADSP2106x的Link口的并行處理功能在實(shí)際中已得到廣泛的應用。在雷達、通信等中都有成功應用的實(shí)例，利用Link口為了完成大量的的復雜數據運算且實(shí)時(shí)性要求高的系統，方法如圖4所示。數據通過(guò)緩沖區送過(guò)來(lái)，然后在CPLD的控制下通過(guò)發(fā)送中斷選擇第幾個(gè)DSP芯片，按照CPLD的控制依次將數據通過(guò)主總線(xiàn)送給各個(gè)DSP進(jìn)行FFT和恒虛警處理，然后由后端的DSP通過(guò)軟件控制從Link口依次將各個(gè)DSP處理的結果送 到后端的DSP進(jìn)行處理，緩沖器通過(guò)數據總線(xiàn)將數據送給各個(gè)DSP，由于CPLD的控制，所以數據總線(xiàn)不會(huì )發(fā)生沖突。且緊耦合在一塊的各個(gè)51DSP通過(guò) Link口互相傳送數據，各個(gè)DSP也通過(guò)Link口將處理結果送給后端DSP。這種方法在雷達中已得到成功的應用。當然ADSP2106x利用Link 口進(jìn)行并行處理的方法在通信中也得到廣泛的應用，例如在擴頻通信中利用2片ADSP2106x也得到成功應用。利用Link口組成多DSP互連系統方法靈活，除上面所述外，還可根據實(shí)際情況進(jìn)行處理。 5 結 語(yǔ) 不同的應用需要的處理能力不同，對各個(gè)DSP之間，DSP與主處理器之間的數據流量和時(shí)延要求也不同，故需要的DSP數目、互連方式也不同。利用 DSP不同接口的互連方式，HPI有利于外部主處理器對各個(gè)DSP進(jìn)行控制，適合于主從處理器和多個(gè)DSP構成主從方式的互連系統。McBSP接口簡(jiǎn)單， 適用于對傳輸速率要求不高的低速全互連并行系統。對于A(yíng)DSP2106x，由于其Link口的特點(diǎn)，特別適合與構成多種不同的并行多處理系統，在高速實(shí)時(shí) 處理系統中得到了廣泛的應用。 前面介紹的各種DSP互連并行系統，各自有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。 |
