高性能多DSP互連技術(shù)

　　在2003年RapidIO成為ISO/IEC 18372標準之前，還沒(méi)有規范的多DSP互連網(wǎng)絡(luò )標準，各廠(chǎng)商推出了多種非標準DSP互連網(wǎng)絡(luò )、接口和交換芯片，例如：Solano(Spectrum Signal)、StarFabric(StarGen)、FPDP/sFPDP(ICS/VITA)、RaceWay(Mercury)、SKYChannel(SKY Computer)。RapidIO是在這些技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的，特別針對高性能DSP或嵌入式系統互連優(yōu)化，其產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成熟，并開(kāi)始逐步取代這些非標準互連技術(shù)。

　　總結高性能DSP間的數據傳輸及控制，可以看出，其主要發(fā)展趨勢是：從DSP間的直接互連傳輸→通過(guò)中介DSP的間接傳輸→通過(guò)分組交換互連網(wǎng)絡(luò )的間接傳輸;源DSP和目的DSP的關(guān)系從主從關(guān)系→對等關(guān)系;從DSP軟件主動(dòng)參與傳輸控制→硬件獨立自主控制傳輸過(guò)程，例如sRIO由硬件完成檢錯和重傳;從專(zhuān)有互連傳輸技術(shù)→標準互連傳輸技術(shù)。

　　系統級設計考慮

　　構建多DSP并行DSP系統時(shí)，需要決策解決的系統級問(wèn)題有：為主數據路徑選用哪些互連技術(shù)與整體拓撲?統一互連還是混合互連技術(shù)?直接還是間接互連?如果直接互連采用何種DSP接口?如果間接互連是采用存儲器、FPGA、交換機還是其他器件擴展?是否需要連接外部網(wǎng)絡(luò )?如何處理控制、程序配置、管理等的傳輸需求?是否需要區分數據平面、控制/配置平面、管理平面?在控制/配置/管理平面內，又應采用何種互連技術(shù)與互連拓撲?

　　如何選擇合適的互連技術(shù)，設計合理的互連體系結構，應當根據數字信號處理算法及其在各DSP上的分解、解耦與適配結果，考慮數據傳遞鏈路在速率、延遲、并發(fā)數等方面的性能需求，針對已有DSP接口的互連與傳輸特性，滿(mǎn)足系統在控制、配置和管理方面的數據傳遞需要，滿(mǎn)足系統在成本、硬軟件開(kāi)發(fā)復雜度、調試測試方便性、構建使用靈活性與可擴展性等使用特性上的需要。在工程中設計實(shí)際并行處理系統時(shí)，一般需要混合使用多種互連傳輸技術(shù)與互連拓撲架構。

　　經(jīng)驗總結

　　在信號處理平面：當多DSP間整體流量不大或需要共享內存且器件支持時(shí)，可以使用對等并行總線(xiàn);當處理過(guò)程需要主處理器參與轉移、分配、匯聚或控制時(shí)，可以選用主從并行總線(xiàn);當多DSP異構、具有非對等總線(xiàn)接口、需要分發(fā)匯聚或需要FPGA參與處理時(shí)，可以用緩存或FPGA做中介的間接互連;當需要高性能且鏈路為直接點(diǎn)—點(diǎn)時(shí)，可以選用高速直接互連鏈路或多點(diǎn)總線(xiàn)蛻化的直接互連;當需要并發(fā)的多個(gè)高速數據流、路徑需要動(dòng)態(tài)變化或需要擴展性，可以采用高性能分組交換網(wǎng)絡(luò )互連;如果DSP不具有網(wǎng)絡(luò )接口或網(wǎng)絡(luò )為非標準，則需要橋接器件。語(yǔ)音、定時(shí)特性明顯的中小數據量傳輸可以采用McASP、TDM、McBSP等同步串行總線(xiàn);對網(wǎng)絡(luò )數據可以采用FE、GE的標準網(wǎng)絡(luò )。

　　在配置、控制和管理數據平面，對低速數據可以采用串行總線(xiàn)如UART、I2C、CAN、UART擴展的RS485等;對于高速傳輸可以采用主從并行總線(xiàn)如PCI、HPI、DSI、UTOPIA等，或采用FE/GE、PCIe、sRIO等網(wǎng)絡(luò )互連技術(shù);如果需要通過(guò)外部以太網(wǎng)管理系統內部則需要使用FE、GE等通用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

　　對于系統的整體互連拓撲，當整體算法鏈路固定且主要為順序傳遞或逐級分解/匯聚或DSP數量較少時(shí)，可以采用兩DSP間點(diǎn)—點(diǎn)直接互連組成的鏈/環(huán)式、樹(shù)/星型、二/三維規則拓撲、Mesh等拓撲結構;當需要中、低性能的多DSP間相互傳輸，可以采用多點(diǎn)總線(xiàn)、FPGA星型、FE/GE的星型網(wǎng)絡(luò )拓撲;當需要較多DSP間的高性能互連、算法靈活或需要性能與規模的線(xiàn)性擴展時(shí)，可以使用FPGA或分組交換網(wǎng)絡(luò )形成的星型拓撲。

　　結語(yǔ)

　　現代高性能多DSP并行DSP系統一般將采用分平面的混合互連與傳輸技術(shù)。高性能多DSP的互連和數據傳輸將主要是基于低壓差分SerDes的全雙工互連和分組數據傳輸。當DSP數量較少時(shí)系統級互連將以DSP間的直接互連為主，當DSP數量較多時(shí)將以交換機及交換網(wǎng)絡(luò )為中心。多DSP互連的整體發(fā)展趨勢是從局部的差異化互連→全局統一的網(wǎng)絡(luò )互連;從直接互連/傳輸→通過(guò)中介的間接傳輸→通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò )的間接傳輸;從非標準互連→標準互連;從通用以太網(wǎng)→面向信號處理優(yōu)化的高性能嵌入互連網(wǎng)絡(luò )sRIO。