基于ADSP2106X高速并行雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代雷達(dá)的數(shù)字信號(hào)處理具有海量運(yùn)算需求的應(yīng)用背景，如巡航導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)地形匹配、合成孔徑雷達(dá)的成像處理、相控陣?yán)走_(dá)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(hào)處理系統(tǒng)的要求。

世界上第一顆DSP芯片是美國(guó)德州儀器(TI)公司于1982年推出的第一代產(chǎn)品：TMS32010。經(jīng)過十幾年的發(fā)展, DSP器件在高速度、可編程、小型化、低功耗等方面有了長(zhǎng)足的發(fā)展。單片DSP芯片最快每秒可完成16億次(1600MIPS,每秒1600兆次指令)的運(yùn)算,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、Motorola,涉足這一領(lǐng)域的公司還有ATA、Fujitsu、IDT、NEC、Sansung等。

TI公司的DSP檔次齊全，應(yīng)用廣泛，但片內(nèi)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(qiáng)的處理能力，而且有大容量的片內(nèi)RAM，被高速信號(hào)處理設(shè)計(jì)列為首選。

DSP2106X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：

·最高工作頻率為40MHz，時(shí)鐘周期25ns。
·數(shù)據(jù)線有48根，地址線有32根，地址范圍4G。
·所有指令都是單周期指令，指令長(zhǎng)度均為48bit。
·32-bit IEEE浮點(diǎn)運(yùn)算單元，內(nèi)含乘法器、ALU和移位器，支持40bit的擴(kuò)展精度浮點(diǎn)運(yùn)算。
·10個(gè)DMA通道。
·4M bit雙口片內(nèi)存儲(chǔ)器。
·有兩個(gè)同步串口和六個(gè)連接口。
·支持多處理器共享總線。

2 基于ADSP2106X的并行處理系統(tǒng)

ADSP2106X提供了強(qiáng)大的實(shí)現(xiàn)多處理器并行處理的能力，允許某一處理器直接訪問其它處理器的內(nèi)部雙口SRAM，并且這種訪問一般不影響被訪問處理器的工作，片內(nèi)的分布總線仲裁邏輯可直接管理6片ADSP2106X和一個(gè)宿主機(jī)組成的并行系統(tǒng)的信息交換。另外ADSP2106X還具有6個(gè)4bit的連接口(Link Ports)，每個(gè)連接口可以兩倍于系統(tǒng)工作時(shí)鐘的速率傳送數(shù)據(jù)，因此每個(gè)連接口在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)能夠傳送一個(gè)8bit數(shù)據(jù)。在多處理器應(yīng)用中，ADSP2106X通過其6個(gè)連接口實(shí)現(xiàn)處理器之間點(diǎn)到點(diǎn)的通信。由ADSP2106X構(gòu)成的典型多處理器并行系統(tǒng)主要有以下三種形式：共享總線的多處理器并行系統(tǒng)；MeshSP(網(wǎng)格)結(jié)構(gòu)多處理器并行系統(tǒng)；集束多處理器并行系統(tǒng)。

2.1 共享總線的多處理器并行系統(tǒng)

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

2.2 MeshSP(網(wǎng)格)結(jié)構(gòu)多處理器并行系統(tǒng)

MeshSP是MIT的Lincoln實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種大規(guī)模并行計(jì)算結(jié)構(gòu)。在合適的應(yīng)用背景下，MeshSP具有很高的效率和靈活性。通過連接口把相鄰的ADSP2106X連接在一起，構(gòu)成了MeshSP結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)，處理器之間傳送數(shù)據(jù)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(hào)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(shù)據(jù)。在這種結(jié)構(gòu)中，每片ADSP2106X只與相鄰的節(jié)點(diǎn)直接通信，避免了總線瓶頸，所以很適合大規(guī)模并行系統(tǒng)。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)處理器通過連接口實(shí)現(xiàn)信息交換，數(shù)據(jù)流輸入和輸出通過外部總線接口或串行口實(shí)現(xiàn)。這種多處理器并行系統(tǒng)特別適合于多維信號(hào)處理(如二維FFT算法等)。