基于TS201的多DSP系統設計與實(shí)現

0 引言

隨著(zhù)軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的發(fā)展，以及大寬帶高分辨率多路信號和多種信號處理方式的采用，信號處理中的運算量與數據吞吐量急劇上升，于是，越來(lái)越多的系統采取多DSP的并行處理方式來(lái)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處理的性能要求。并行處理系統通常由多個(gè)處理單元組成，并通過(guò)一定的方法將一個(gè)任務(wù)分成若干個(gè)子任務(wù)，再分別由各處理單元去完成。一個(gè)合適的系統結構往往可以大大提高系統的運行效率，簡(jiǎn)化軟件的實(shí)現，并且方便軟硬件的更新和維護。

1ADSP-TS201簡(jiǎn)介

ADSP-TS201是美國模擬器件(ADI)公司繼TS101之后推出的一款高性能處理器，可廣泛應用于大存儲量、高性能、高速度的信號處理和圖象處理系統中。TS201本身提供有可實(shí)現互連所需的片內總線(xiàn)仲裁控制和特有的鏈路口?？梢苑奖愕囊愿鞣N拓撲結構互連DSP，以滿(mǎn)足大運算量的需求。TS201的主要性能指標如下：

◇最高工作主頻可達600 MHz，指令周期為1.67 ns，可支持單指令多數據(SIMD)操作；

◇采用LVDS技術(shù)和DDR方式傳輸數據，單向最大速率為500 MB／s，數據吞吐量為4 GB／s；

◇4條128位數據總線(xiàn)可與6個(gè)4MB的RAM相連，其34位地址總線(xiàn)可提供4GB的尋址空間；

◇有4個(gè)鏈路口，每個(gè)鏈路口可提供1.2 GB／s的傳輸速率，并可同時(shí)進(jìn)行DMA傳輸；

◇可通過(guò)共享總線(xiàn)提供無(wú)縫連接以用于片內集成總線(xiàn)的仲裁控制；

◇片上SDRAM控制器和片上DMA控制器可提供14條DMA通道。

2多DSP并行系統的結構

圖1所示為常見(jiàn)的多DSP并行處理網(wǎng)絡(luò )結構。TS201芯片在組成多DSP系統時(shí)，處理單元之間的網(wǎng)絡(luò )結構一般可采用如下幾種形式：

第一種是各處理單元有各自獨立的數據存儲器，它們通過(guò)通信口相連成分布式并行系統，稱(chēng)為松耦合式系統。松耦合式系統中的處理單元的連接方式很多，有線(xiàn)形、樹(shù)形、星形、網(wǎng)孔、超立方體結構等。其中樹(shù)形和星形網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò )管理容易，數據通信時(shí)尋徑簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是處理單元數目較多時(shí)，“根”節點(diǎn)或中央節點(diǎn)處理單元的輸入／輸出吞吐量太大，容易造成通信瓶頸。超立體結構則以多維形式來(lái)增強網(wǎng)絡(luò )的通信能力，它的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò )全對稱(chēng)，在節點(diǎn)連接特性、通信長(cháng)度、算法的嵌入性、與其它連接形式的兼容性之間可提供很好的平衡，但隨著(zhù)處理單元個(gè)數的增多，該形式對網(wǎng)絡(luò )硬件的要求也會(huì )增加。

第二種是共享總線(xiàn)或共享存儲器系統，稱(chēng)之為緊耦合式并行系統。共享總線(xiàn)系統可使多個(gè)處理單元共同使用一套數據總線(xiàn)，其存儲器所占用的地址段在各DSP中通常是相同的，這種結構的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，在DSP數目較少時(shí)，可以達到較高的加速比；但在DSP較多時(shí)，共享總線(xiàn)將造成頻繁的總線(xiàn)沖突和等待，從而引起各處理單元等待總線(xiàn)令牌的時(shí)間大大增加。

另外，將上面兩種結構結合使用的系統也很常見(jiàn)。這些方式在利用其外部總線(xiàn)構成一個(gè)緊耦合結構的數據通路的同時(shí)，DSP之間還可通過(guò)LINK口以流式松耦合結構的方式互連，兩種結構相輔相成，能夠適應不同算法的需求，以達到最佳的資源利用。但也會(huì )使軟件變得比較復雜。