基于A(yíng)DSP2106X的高速并行雷達數字信號處理系統

　　現代雷達的數字信號處理具有海量運行需求的應用背景，如巡航導彈末制導雷達地形匹配、合成孔徑雷達的成像處理、相控陣雷達的時(shí)空二維濾波處理等領(lǐng)域。目前，單片DSP難以勝任許多信號處理系統的要求。

　　世界上第一顆DSP芯片是美國德州儀器（TI）公司于1982年推出的第一代產(chǎn)品：TMS32010。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，DSP器件在高速度、可編程、小型化、低功耗等方面有了長(cháng)足的發(fā)展。單片DSP芯片最快每秒可完成16億閃（1600MIPS，每秒1600兆次指令）的運行，生產(chǎn)DSP器件的公司也不斷壯大。目前，市場(chǎng)占有率前四名依次為：Texas Instruments、Lucent、Analog Device、Motrola，涉足這一領(lǐng)域的公司還有AT%26;amp;T、Fujitsu、IDT、NEC、Samsung等。 TI公司的DSP檔次齊全，應用廣泛，但片內RAM較??；Motorola公司的68000系列主要用于通信及儀表；AD公司的ADSP2106X系列不僅具有很強的處理功能，而且有大容量的片內RAM，被高速信號處理設計更為首選。

　　1 ADSP2106X簡(jiǎn)介

　　ADSP2106X是AD公司的一種高性能32位浮點(diǎn)DSP，它的基本特點(diǎn)有： %26;#183;最高工作頻率為40MHz，時(shí)鐘周期25ns。 %26;#183;數據線(xiàn)有48根，地址線(xiàn)有32根，地址范圍4G。 %26;#183;所有指令都是單周期指令，指令長(cháng)度均為48bit。 %26;#183;32-bit IEEE浮點(diǎn)運算單元，內含乘法器、ALU和移位器，支持40bit的擴展精度浮點(diǎn)運算。 %26;#183;10個(gè)DMA通道。 %26;#183;4M bit雙口片內存器。 %26;#183;有兩個(gè)同步串口和六個(gè)連接口。 %26;#183;支持多處理器共享總線(xiàn)。

　　2 基于A(yíng)DSP2106X的并行處理系統

　　ADSP2106X提供了強大的實(shí)現多處理器并行處理的能力，允許某一處理器直接訪(fǎng)問(wèn)其它處理器的內部雙口SRAM，并且這種訪(fǎng)問(wèn)一般不影響被訪(fǎng)問(wèn)處理器的工作，片內的分布總線(xiàn)仲裁邏輯可直接管理6片ADSP2106X和一個(gè)宿主機組成的并行系統的信息交換。另外ADSP2106X還具有6個(gè)4bit的連接口（Link Ports），每個(gè)連接口可以?xún)杀队谙到y工作時(shí)鐘的速率傳送數據，因此每個(gè)連接口在一個(gè)時(shí)鐘周期內能夠傳送一個(gè)8bit數據。在多處理器應用中，ADSP2106X通過(guò)其它6個(gè)連接口實(shí)現處理器之間點(diǎn)到點(diǎn)的通信。由ADSP2106X構成的典型多處理器并行系統主要有以下三種形式：共享總線(xiàn)的多處理器并行系統；MeshSP(網(wǎng)絡(luò ))結構多處理器并行系統；集束多處理器并行系統。

　　2.1 共享總線(xiàn)的多處理器并行系統

　　ADSP2106X處理器支持最為常用的共享總線(xiàn)多處理器并行系統，把各處理器的相應信號線(xiàn)相互連接，如DATA 47-0，ADDR 31-0等。此時(shí)組成多處理器系統的每一片ADSP2106X的片內存儲器統一編址，任何一片ADSP2106X都可以訪(fǎng)問(wèn)其它ADSP2106X的片內存儲空間。由于片內SRAM為雙口存儲器，因而這種訪(fǎng)問(wèn)并不中斷被訪(fǎng)問(wèn)處理器的正常工作。在不增加輔助電路的條件下，通過(guò)外部總線(xiàn)接口（External Port）直接相連的處理器數量最多為6個(gè)，如圖1所示。

　　2.2 MeshSP（網(wǎng)絡(luò )）結構多處理器并行系統

　　MeshSP是MIT的Lincoln實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的一種大規模并行計算結構。在合適的應用背景下，MeshSP具有很高的效率和靈活性。通過(guò)連接口把相鄰的ADSP2106X連接在一起，構成了MeshSP結構，如圖2所示。具有6個(gè)連接口是ADSP2106X的最重要的特征之一，連接口每周期可傳送8bit數據，處理器之間傳送數據的最大速率為240MB/s。每個(gè)連接口都有自己的雙緩沖輸入和輸出寄存器。時(shí)鐘/回答握手信號控制連接口的傳送，傳送可編程為發(fā)送（輸出）或接受（輸入）數據。在這種結構中，每片ADSP2106X只與相鄰的節點(diǎn)直接通信，避免了總線(xiàn)瓶頸，所以很適合大規模并行系統。若干個(gè)ADSP2106X組成一個(gè)兩維或三維多處理器陣列，陣列中各個(gè)處理器通過(guò)連接口實(shí)現信息交換，數據流輸入和輸出通過(guò)外部總線(xiàn)接口或串行口實(shí)現。這種多處理器并行系統特別適合于多維信號處理（如二維FFT算法等）。

　　2.3 集束多處理器并行系統

　　集束多處理器并行系統通過(guò)ADSP2106X的外部總線(xiàn)接口和連接接口實(shí)現各處理器信息交換，如圖3所示。集速多處理器并行系統可包括多個(gè)相互之間通過(guò)并行總線(xiàn)相連接、處理器之間相互可存取對方片內雙口SRAM的子系統組成，每個(gè)子系統可包括6個(gè)處理器和一個(gè)宿主機處理器。處理器之間還可通過(guò)連接口實(shí)現點(diǎn)到點(diǎn)的通信。通常這種系統比較復雜，但它具有廣泛的通用性。

　　3 雷達信號處理中應用實(shí)例

　　在MTD（動(dòng)目標檢測）雷達信號處理系統中，信號經(jīng)過(guò)A/D采樣后由DSP進(jìn)行FFT運算，結果再作恒虛警處理，以檢測動(dòng)目標的有無(wú)。由以上三種典型連接方式，結合本系統的特點(diǎn)，進(jìn)行比較： （1）通過(guò)連接口把相鄰的ADSP2106X連接在一起構成MeshSP網(wǎng)絡(luò )結構（圖2所示）。這種結構中，每個(gè)ADSP2106X只與相鄰的節點(diǎn)直接通信，避免了總線(xiàn)瓶頸，所以很適合大規模并行系統。ADSP2106X擁有6個(gè)連接口，可以組成二維或三維網(wǎng)絡(luò )結構，但布線(xiàn)的難度也比較大。另外，考慮到本系統數據量大，只通過(guò)連接口傳輸速度太慢，故不采用這種連接方式。 （2）共享總線(xiàn)的多ADSP2106X系統（如圖1所示），由于A(yíng)DSP2106X片內具有較大容量的雙口SRAM，可以省掉外接全局存儲器和各個(gè)處理器外接的局部存儲器。每個(gè)處理器片內存儲器既是其局部存儲器，又是系統共享存儲器（全局存儲器）的一部分。由于每個(gè)處理器的工作程序放在其片內的雙口SRAM中，因此各個(gè)處理器可真正實(shí)現并行處理。這是ADSP2106X的存儲器結構所決定的，也是其它類(lèi)型DSP處理器（如TMS3200C40等）所不具備的優(yōu)良性能。這種連接方式能達到高速傳輸數據的要求。但是對于本系統來(lái)說(shuō)，要使用6片DSP共總線(xiàn)，達到了ADSP2106X共總線(xiàn)的極限，可能總線(xiàn)的驅動(dòng)功能不足，故對布線(xiàn)提出很高的要求。 （3）為了保證系統的可靠性，決定采用共總線(xiàn)的同時(shí)，將連接口也相應的連接起來(lái)，增加系統的靈活性，確保系統能夠完成實(shí)時(shí)處理，即采用圖3所示的結構。但結合實(shí)際要求，本系統的結構框圖見(jiàn)圖4。其中FFT運算求模單元為6片ADSP2106X的集束多處理器并行結構，恒虛警處理單元為2片ADSP2106X的集束多處理器并行結構，顯示錄取設備為筆記本電腦?？删幊踢壿嬈骷撠熆刂普麄€(gè)系統的時(shí)序及相關(guān)邏輯。經(jīng)過(guò)實(shí)際電路的測試，該系統達到了設計指標的要求。

　　綜上所述，基于A(yíng)DSP2106X并行結構的雷達信號處理系統，所需外圍器件少，電路設計簡(jiǎn)單。通過(guò)對處理單元進(jìn)行各種軟件編程就可實(shí)現系統的功能，具有很強擴展功能和通用性，大大縮短了研制周期，提高了系統的可靠性。這種通用結構還適用于很多高速實(shí)時(shí)處理的應用場(chǎng)合，具有廣泛的推廣應用價(jià)值。