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1、2.10一種新型多DSP并行處理結構國防科技大學電子科學與工程學院楊鈞智薛國義李悅麗周智敏摘要：傳統(tǒng)的雷達信號處理系統(tǒng)的設計方法是針對特定應用的，因此系統(tǒng)的通用性差，本文提出了一種新型的，由6片ADSP-21161N構成的多DSP并行處理結構，它具有運算能力強、I/O帶寬大、通信手段多樣，能靈活地改變拓撲結構，可擴展、通用性強等特點，并且以此并行計算結構為核心設計實現了通用高速實時雷達信號處理系統(tǒng)。關鍵詞：多DSP并行計算實時信號處理一、引言傳統(tǒng)的雷達信號處理系統(tǒng)的設計是根據具體的需求確定算法流程以及硬件結構。這導致了系統(tǒng)升級的困難加大，當信號處理的內容改變、要求處理
2、的數據量加人、以及處理算法進行改進時，必須對整個系統(tǒng)進行重新設計。而利用軟件無線電的原理，可以構建通用的駛件平臺，輔之于必要的軟件系統(tǒng)，來實現各種信號處理功能。本結構采用ADI公司的高速浮點DSP:ADSP-21161NOADSP-21161N結合了一個性能優(yōu)良的浮點DSP核以及豐富的在片功能，并FL提供了實用可靠的多處理器互聯與并行處理的方式。以六片ADSP-21161N構成的多處理器結構具冇強大的處理能力，可以完成高速各種實時信號處理功能。實時信號處理要求冃大的計算量與超高的計算速度，而現在的單片DSP很難滿足要求，因此必須采用合理的多DSP并行計算結構。雷達信號
3、處理的特點要求處理結點具冇大的I/O帶寬，以實現高數據吞吐能力。通用系統(tǒng)還必須支持多種算法，因此應能根據不同并行算法的要求靈活地改變并行計算多DSP的拓撲結構，并提供方便多樣的相互通信手段。二、ADSP-21161N芯片簡介ADSP-21161N是美國ADI公司近期推出的功能強大的32bit浮點DSP芯片，采用超級哈佛結構，擁冇多條內部總線、高速運算單元、大容量存儲器、靈活多樣的外部接口。它的核心工作頻率可達100MHz,外部總線工作頻率可達50MHzo由于其內部包括兩組處理單元，每組又運用三級流水線結構進行處理，故而運算處理速度可以達到600MIPS,以此來實現DS
4、P的低工作頻率、高處理能力的功能從而降低了功耗。大容量內部雙端口SRAM,容最可達到1Mbits,分成兩個存儲區(qū)，一個周期可同時完成指令代碼及操作數的存取，并可任意設置成16位、32位或48位字寬，給不同的應用帶來方便。主機（HOST）與多處理器接口，無需外部電路，依靠片內總線仲裁邏輯和DMA控制器的支持，能夠方便地構成緊耦合的共享總線/共享存儲器的并行系統(tǒng)。在片的SDRAM控制器,可直接管理SDRAM,多DSPZ間可以很好的協(xié)調共同使用SDRAM,從而構成一個一體化的處理部分。兩套雙向高速LINK數據傳輸口，每套LINK口受獨立的DMA控制器、發(fā)送/接受數據FIFO
5、的支持，可進行最高達100MB/S的高速數據傳輸，大大提高了并行處理能力，可借以構成松耦合的分布式并行系統(tǒng)。還有SP【端口、可編程10管腳（FLAG）以及同步串口等通信端口。三、多處理器系統(tǒng)基本結構多處理器系統(tǒng)中，處理器節(jié)點之I'可的通信通常使用兩種方案：一是使用專門的點對點通信信道；另一種方案是節(jié)點之I'可通過一個共享的全局存儲器和一條并行總線進行通信。這兩種解決方案則構造了以下兩種多DSP結構：1.數據流式多處理器結構數據流式多處理器結構應用ADSP-21161N的鏈路口進行點對點通信。系統(tǒng)的算法可以分解成多個部分，分別由多個處理器節(jié)點執(zhí)行，并將數據按順序放到由處
6、理器節(jié)點構成的“流水線”上。這樣的系統(tǒng)結構特別適合于計算帶寬要求高、靈活性要求低的應用。但作為一個通用的處理平臺，必須做到靈活性強，因此本文所介紹的系統(tǒng)并沒有應用數據流式結構，而是下血將要介紹的簇式結構。2.簇式多處理器結構簇式多處理器結構特別適合于需要一定靈活性的應用，特別是一個系統(tǒng)必須能夠支持多種不同任務，而其中一?些可能需要并發(fā)運行的情況。簇式多處理器結構如圖1所示。圖1簇式多處理機結構ADSP-21161N的內部存儲器是針対滿足多處理器系統(tǒng)I/O的需要設計的，片內的雙口RAM允許在處理器核進行雙數據訪問的同時，進行全速的處理器間傳送，而不需要從處理器核竊取周期
7、，處理器保持完整的1OOMIPS,600MFLOPS的性能。6片ADSP-21161N組成一個統(tǒng)一的簇式多處理器系統(tǒng)通過軟件的設計,可以將多處理器配豐成數據并行或者是控制并行系統(tǒng)。由于各處理器節(jié)點內核乙間不相互制約，這樣一個系統(tǒng)可以達到3600MFLOPS的運算速度，對于通常的信號處理工作都可以做到實時處理。簇內存在一個瓶頸，這是因為在每個周期里只有兩個處理器可以通過共亨的總線進行通信，其它的處理器則被阻塞，直到總線被釋放為止。由于ADSP-21161N也可以在一個簇中進行點對點的鏈路II傳送，該瓶頸很容易被消除。通過普通總線可以動態(tài)地建立和激活處理
