來源：電子技術(shù)應用  作者：楊鈞智 薛國義 李悅麗 周智敏

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)，它具有運算能力強、I/O帶寬寬、通信手段多樣、能靈活地改變拓撲結(jié)構(gòu)、可擴展性和通用性強等特點，并且以此并行計算結(jié)構(gòu)為核心設計實現(xiàn)了通用高速實時雷達信號處理系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：多DSP 并行計算 實時信號處理

傳統(tǒng)的雷達信號處理系統(tǒng)的設計是根據(jù)具體的需求確定算法流程以及硬件結(jié)構(gòu)的。這導致了系統(tǒng)升級的困難加大。當信號處理的內(nèi)容改變、要求處理的數(shù)據(jù)量加大、改進處理算法時，必須對整個系統(tǒng)進行重新設計。

利用軟件無線電的原理，可以構(gòu)建通用的硬件平臺，輔之以必要的軟件系統(tǒng)，能實現(xiàn)各種信號處理功能。

本結(jié)構(gòu)采用高速浮點DSP（ADSP-21161N）。ADSP-21161集成了一個性能優(yōu)良的浮點DSP核和豐富的在片功能，并且提供了實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)具有強大的處理能力，可以完成各種高速實時信號處理功能。

實時信號處理要求巨大的計算量與超高速的計算速度，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并行計算結(jié)構(gòu)。雷達信號處理的特點要求處理結(jié)點具有大的I/O帶寬，以實現(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，因此應能根據(jù)不同并行算法的要求靈活地改變多DSP并行計算的拓撲結(jié)構(gòu)，并提供方便多樣的相互通信手段。

1 ADSP-21161N芯片簡介

ADSP-21161N是美國ADI公司近斯推出的功能強大的32bit浮點DSP芯片，采用超級哈佛結(jié)構(gòu)，擁有多條內(nèi)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50MHz。由于其內(nèi)部包括兩組處理單元，每組又運用三級流水線結(jié)構(gòu)進行處理，故而運算處理速度可達達到600MIPS，以此來實現(xiàn)DSP的低工作頻率、高處理能力的功能可以降低功耗。

大容量內(nèi)部雙端口SRAM，容量可達到1Mbit，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(shù)的存取，并可任意設置成16位、32位或48位字寬，給不同的應用帶一籽方便。

主機（HOST）與多處理器接口無需外部電路，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口受獨立的DMA控制 器、發(fā)送/接收數(shù)據(jù)FIFO的支持，可進行最高達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)點之間的通信通常使用兩種方案：一種方案是使用專門的點對點通信信道；另一種方案是節(jié)點之間通過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(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(shù)據(jù)按順序放到由處理器節(jié)點構(gòu)成的“流水線”上。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特別適合于對計算帶寬要求高、靈活性要求低的應用。但作業(yè)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(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用，特別是當一個系統(tǒng)必須我種不同任務，而其呈些可有需要并發(fā)運行的情況。簇式多處理器結(jié)構(gòu)如1所示。

ADSP-21161N的內(nèi)部存儲器是針對滿足多處理器系統(tǒng)I/O的需要設計的，片內(nèi)的雙口RAM允許在處理器核進行雙數(shù)據(jù)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使處理器保持完整的100MIPS、600MFLOPS的性能。通過軟件的設計，6片ADSP-21261N組成的一個統(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)點內(nèi)核之間不相互制約，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完全可以做到實時處理。

簇內(nèi)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享的總線進行通信，其它的處理器則被阻塞，直到總線被釋放為止。由于ADSP-21161N也可以在一個族中進行點對點的鏈路口傳送，該瓶頸很容易被消除。通過普通總線可以動態(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，不相鄰的兩個處理器節(jié)點之間的通信則