利用RapidIO技術(shù)搭建的可重構信號處理平臺
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LINK口是一種源同步接口，可以達到很高的傳輸速度。但是，由于LINK口是基于電路交換的接口，連接的雙方獨占一條通路，LINK口一旦在硬件上連接起來(lái)，系統中的DSP網(wǎng)絡(luò )拓撲就固定不變了。由于信號處理算法的多樣性，系統中數據流的方向也很不確定，固定的DSP拓撲網(wǎng)絡(luò )只能針對一定的算法達到最優(yōu)，當數據流方向改變較大時(shí)，同樣的信號處理平臺的傳輸效率就會(huì )大大降低。這時(shí)，如果能夠重新調整DSP網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構，會(huì )大大提高平臺的性能。
為了實(shí)現系統可重構的特性，需要利用專(zhuān)門(mén)的FPGA芯片，將基于電路交換的LINK口轉換成基于(帶有路由信息的)包交換的其他格式的接口進(jìn)行傳輸?，F在比較流行的基于包交換的接口有串行 RapidIO接口、 PCI Express接口和千兆以太網(wǎng)接口等。
串行RapidIO、PCI Express和千兆以太網(wǎng)技術(shù)都可以提供高速、可靠的點(diǎn)對點(diǎn)互聯(lián)。串行RapidIO技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統互聯(lián)而設計的，只要有足夠多的交換機，就可以實(shí)現任意結構的拓撲。PCI Express技術(shù)是著(zhù)眼于最大的兼容PCI總線(xiàn)技術(shù)而設計，為了能夠兼容傳統的PCI總線(xiàn)技術(shù)，PCI Express的拓撲結構只能是樹(shù)形結構。這種結構在PC機和服務(wù)器內非常適用，如果合適的話(huà)，也能用在嵌入式系統內。但在PCI Express的結構中除了要有交換機，還需要有一個(gè)根聯(lián)合體來(lái)做統一的管理，這增加了硬件的開(kāi)銷(xiāo)。千兆以太網(wǎng)技術(shù)是百兆以太網(wǎng)技術(shù)的升級，最初用于局域網(wǎng)內和廣域網(wǎng)內的互聯(lián)，是非?？煽康幕ヂ?lián)選擇。但千兆以太網(wǎng)技術(shù)較前2種技術(shù)的效率稍低，而且系統延時(shí)較大，不太適合實(shí)時(shí)嵌入式系統內部的互聯(lián)。在這3種技術(shù)中，串行RapidIO技術(shù)是在嵌入式系統內實(shí)現互聯(lián)的最佳選擇[1]。
1 RapidIO技術(shù)
RapidIO是一種高性能、低引腳數、基于包交換的系統級互聯(lián)協(xié)議，是專(zhuān)門(mén)為多種多樣的嵌入式系統互聯(lián)而建立的一種標準[1]。RapidIO接口主要適用于芯片到芯片和電路板到電路板之間的連接。在2008年3月由RapidIO組織公布的2.0版本的規范中，串行RapidIO鏈路可以支持每路1.25、2.5、3.125、5、6.25 GBaud的傳輸速率[2](1，2，2.5，4，5 Gb/s的有效數據率)?，F在FPGA的IP核能夠支持的主流配置是x1或x4的鏈路，每路支持2.5 Gb/s或3.125 Gb/s的傳輸速率。因此，如果采用x4的鏈路和3.125 Gb/s傳輸速率，就可以達到雙向各12.5 Gb/s的帶寬。另外，RapidIO也提供了較高級別的錯誤管理和錯誤恢復機制，是一種比較穩定和可靠的互聯(lián)選擇[3]。
2 系統結構設計
2.1 板卡內DSP的連接結構
DSP板是信號處理系統中最基本的組成模塊，它的結構固定不變。本文選擇ADI公司的TS201系列芯片。每塊TS201芯片帶有4個(gè)高速LINK口，其中3個(gè)LINK口用于板卡內DSP之間的連接，1個(gè)LINK口用來(lái)通過(guò)FPGA進(jìn)行協(xié)議轉換，轉成串行RapidIO接口，實(shí)現與其他板卡之間的連接。板卡上共采用6塊TS201芯片，其拓撲結構如圖1所示。圖中虛線(xiàn)部分表示DSP芯片之間的LINK口連接，實(shí)線(xiàn)部分表示DSP與FPGA的LINK口連接。
這種拓撲結構能夠達到板卡內DSP之間較高的傳輸速度，因為每個(gè)DSP直接或最多經(jīng)過(guò)一次中轉就能與板上任意其他的DSP進(jìn)行通信。
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