DSP并行處理在剖面聲納系統

作者：時(shí)間：2009-07-07 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢(xún)

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/258004.htm
并行處理時(shí)左端DSP負責接收數據，右端主DSP通過(guò)HPI接口讀取左端DSP的內部數據及外部SDRAM的數據，同時(shí)左右兩端的DSP通過(guò)雙端口FIFO進(jìn)行數據交換、郵箱信息傳遞等。為了保證信號處理時(shí)左右兩端DSP的負載平衡，系統將剖面聲納系統需要處理的任務(wù)進(jìn)行劃分：多波束剖面聲納信號處理需要將9路波束數據(每路7 500點(diǎn)16bit)進(jìn)行FFT、頻域波束形成、頻域相關(guān)算法、IFFT、時(shí)域FIR濾波、時(shí)域加權壓制旁瓣等算法處理。如果TI DSP所采用的指令，其“取指”、“分析”、“執行”三大操作步驟采用流水線(xiàn)工作流程，則可以利用多個(gè)任務(wù)在時(shí)間上相互錯開(kāi)，輪流重疊地使用同一套設備上的不同運算單元，來(lái)加快系統的計算速度，流水線(xiàn)的并行執行大大降低了整個(gè)系統任務(wù)的執行時(shí)間。為了保證兩個(gè)DSP的負載平衡，使系統工作時(shí)流水線(xiàn)并行處理板能夠真正地以流水線(xiàn)的形式并行處理剖面的數據，將每塊并行處理板內任務(wù)進(jìn)行了劃分。系統單個(gè)DSP負載的劃分如圖3所示。

以1秒鐘單板實(shí)現5幀數據顯示為例，將系統任務(wù)細分成時(shí)間相等的幾個(gè)子過(guò)程，分配給處理板各個(gè)部件流水執行。流水線(xiàn)的最大吞吐率取決于子過(guò)程所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，該時(shí)間越小，流水線(xiàn)的最大吞吐率越高。系統流水處理的時(shí)間-空間圖如圖4所示。

2.2 板間基于IP互連的并行處理

基于IP網(wǎng)路互連通路，本文設計了板間的基于IP互連的并行處理結構。

多波束剖面聲納系統的每塊DSP處理板內部并行針對15ms的采集時(shí)間可以達到10幀/秒的數據處理速度，基本上可以達到顯示需求。但如果系統要求更長(cháng)的探測距離、更多的數據量和更高的顯示幀率，則需要并行處理板具有更高的數據吞吐能力。如顯示部分要求20幀/秒的顯示速度時(shí)，就應當使系統的處理速度達到20幀/秒。普通的并行處理結構增加系統的處理單元時(shí)需要做大量的輔助工作，如電子系統的程序、邏輯以及電路板需要大量的改進(jìn)，而基于IP互連的多波束剖面聲納系統的網(wǎng)絡(luò )結構在增加系統的處理速度時(shí)，只需物理上增加一塊相同的處理板，且板上的邏輯和程序無(wú)需太多修改，只需要修改板上對應的IP地址，使接收換能器數據發(fā)送端能夠一點(diǎn)對二點(diǎn)分別發(fā)送分幀數據。而網(wǎng)絡(luò )數據發(fā)送端只需在每一幀的數據包的包頭上標明發(fā)往哪個(gè)IP地址即可。系統上電后，先檢測局域網(wǎng)內的IP數目，并通過(guò)發(fā)包回包方式獲得系統中各個(gè)處理板的IP地址，也可以實(shí)現在板上的程序中固定IP地址。這樣數據發(fā)送端的網(wǎng)絡(luò )設備就可以循環(huán)地將每一幀的數據發(fā)往不同的處理板，而系統的處理板分別處理每幀的數據再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )分別上傳到水上主機端顯示，從而線(xiàn)性地提高了系統的處理速度。

圖5詳細闡述了1～3塊處理板組成的基于IP網(wǎng)絡(luò )傳輸的并行處理板的系統處理流程。利用每塊處理板上的兩塊TMS320 DM642的網(wǎng)絡(luò )接口以及DSP的高速處理能力，能夠很好地實(shí)現基于IP互連網(wǎng)絡(luò )傳輸的并行處理，接收換能器的網(wǎng)絡(luò )發(fā)送端以服務(wù)器形式向不同的IP地址發(fā)送每一幀數據，每塊處理板接收的每幀數據分別處理后再由另一端口通過(guò)網(wǎng)絡(luò )形式發(fā)送到水上主機端。為防止每塊處理板上的兩塊DSP的網(wǎng)絡(luò )IP混淆，采用相同的IP地址，數據上傳時(shí)主機通過(guò)路由器接收不同處理板的處理結果，并按照幀率進(jìn)行顯示，這樣就可以通過(guò)增加處理板來(lái)增加系統的顯示處理速度。

基于DSP并行處理結構的多波束剖面聲納系統是利用剖面聲納從淺海、淺地層剖面結構分析到海洋石油管線(xiàn)探測以及從以往利用單波束剖面聲納到現在利用多波束剖面聲納的一次新的嘗試，結合工程應用改進(jìn)了聲納的技術(shù)指標，系統中提出的流水線(xiàn)并行處理結構以及基于IP網(wǎng)絡(luò )互連的并行處理結構成倍地提高了系統的處理速度。系統調試結果表明，該系統軟硬件結構設計合理、工作穩定、工作效果明顯。

參考文獻

　　[1] 蔣立軍，杜文萍. 海底淺地層剖面聲納的數字信號處理[G]//中國聲學(xué)學(xué)會(huì ).1999年青年學(xué)術(shù)會(huì )議[CYCA’99]論文集,1999.

　　[2] 李家彪.多波束勘探原理技術(shù)與方法[M].北京：海洋出版社，1999.

　　[3] 王潤田. 海底聲學(xué)探測與底質(zhì)識別技術(shù)的新進(jìn)展[J]. 聲學(xué)技術(shù).2002，21（1-2）：96-98.

　　[4] CHANGLE F. Digital chirp sonar system software[J]. Sea Technology, 1998,39（10）：71-75.

　　[5] 徐甲同.李學(xué)干.并行處理技術(shù)[M].西安.西安電子科技大學(xué)出版社，1999.

　　[6] LEBLANC S S G, SOURCE L R. Some applications of the chirp sonar[C]. Conference Proceedings-Oceans’90.New York： Oceans,1990：69-75.

新聞中心

DSP并行處理在剖面聲納系統

評論

相關(guān)推薦

技術(shù)專(zhuān)區