高性能多DSP互連技術(shù)

　　在2003年RapidIO成為ISO/IEC 18372標準之前，還沒有規(guī)范的多DSP互連網(wǎng)絡標準，各廠商推出了多種非標準DSP互連網(wǎng)絡、接口和交換芯片，例如：Solano(Spectrum Signal)、StarFabric(StarGen)、FPDP/sFPDP(ICS/VITA)、RaceWay(Mercury)、SKYChannel(SKY Computer)。RapidIO是在這些技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的，特別針對高性能DSP或嵌入式系統(tǒng)互連優(yōu)化，其產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成熟，并開始逐步取代這些非標準互連技術(shù)。

　　總結(jié)高性能DSP間的數(shù)據(jù)傳輸及控制，可以看出，其主要發(fā)展趨勢是：從DSP間的直接互連傳輸→通過中介DSP的間接傳輸→通過分組交換互連網(wǎng)絡的間接傳輸;源DSP和目的DSP的關(guān)系從主從關(guān)系→對等關(guān)系;從DSP軟件主動參與傳輸控制→硬件獨立自主控制傳輸過程，例如sRIO由硬件完成檢錯和重傳;從專有互連傳輸技術(shù)→標準互連傳輸技術(shù)。

　　系統(tǒng)級設計考慮

　　構(gòu)建多DSP并行DSP系統(tǒng)時，需要決策解決的系統(tǒng)級問題有：為主數(shù)據(jù)路徑選用哪些互連技術(shù)與整體拓撲?統(tǒng)一互連還是混合互連技術(shù)?直接還是間接互連?如果直接互連采用何種DSP接口?如果間接互連是采用存儲器、FPGA、交換機還是其他器件擴展?是否需要連接外部網(wǎng)絡?如何處理控制、程序配置、管理等的傳輸需求?是否需要區(qū)分數(shù)據(jù)平面、控制/配置平面、管理平面?在控制/配置/管理平面內(nèi)，又應采用何種互連技術(shù)與互連拓撲?

　　如何選擇合適的互連技術(shù)，設計合理的互連體系結(jié)構(gòu)，應當根據(jù)數(shù)字信號處理算法及其在各DSP上的分解、解耦與適配結(jié)果，考慮數(shù)據(jù)傳遞鏈路在速率、延遲、并發(fā)數(shù)等方面的性能需求，針對已有DSP接口的互連與傳輸特性，滿足系統(tǒng)在控制、配置和管理方面的數(shù)據(jù)傳遞需要，滿足系統(tǒng)在成本、硬軟件開發(fā)復雜度、調(diào)試測試方便性、構(gòu)建使用靈活性與可擴展性等使用特性上的需要。在工程中設計實際并行處理系統(tǒng)時，一般需要混合使用多種互連傳輸技術(shù)與互連拓撲架構(gòu)。

　　經(jīng)驗總結(jié)

　　在信號處理平面：當多DSP間整體流量不大或需要共享內(nèi)存且器件支持時，可以使用對等并行總線;當處理過程需要主處理器參與轉(zhuǎn)移、分配、匯聚或控制時，可以選用主從并行總線;當多DSP異構(gòu)、具有非對等總線接口、需要分發(fā)匯聚或需要FPGA參與處理時，可以用緩存或FPGA做中介的間接互連;當需要高性能且鏈路為直接點—點時，可以選用高速直接互連鏈路或多點總線蛻化的直接互連;當需要并發(fā)的多個高速數(shù)據(jù)流、路徑需要動態(tài)變化或需要擴展性，可以采用高性能分組交換網(wǎng)絡互連;如果DSP不具有網(wǎng)絡接口或網(wǎng)絡為非標準，則需要橋接器件。語音、定時特性明顯的中小數(shù)據(jù)量傳輸可以采用McASP、TDM、McBSP等同步串行總線;對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)可以采用FE、GE的標準網(wǎng)絡。

　　在配置、控制和管理數(shù)據(jù)平面，對低速數(shù)據(jù)可以采用串行總線如UART、I2C、CAN、UART擴展的RS485等;對于高速傳輸可以采用主從并行總線如PCI、HPI、DSI、UTOPIA等，或采用FE/GE、PCIe、sRIO等網(wǎng)絡互連技術(shù);如果需要通過外部以太網(wǎng)管理系統(tǒng)內(nèi)部則需要使用FE、GE等通用網(wǎng)絡技術(shù)。

　　對于系統(tǒng)的整體互連拓撲，當整體算法鏈路固定且主要為順序傳遞或逐級分解/匯聚或DSP數(shù)量較少時，可以采用兩DSP間點—點直接互連組成的鏈/環(huán)式、樹/星型、二/三維規(guī)則拓撲、Mesh等拓撲結(jié)構(gòu);當需要中、低性能的多DSP間相互傳輸，可以采用多點總線、FPGA星型、FE/GE的星型網(wǎng)絡拓撲;當需要較多DSP間的高性能互連、算法靈活或需要性能與規(guī)模的線性擴展時，可以使用FPGA或分組交換網(wǎng)絡形成的星型拓撲。

　　結(jié)語

　　現(xiàn)代高性能多DSP并行DSP系統(tǒng)一般將采用分平面的混合互連與傳輸技術(shù)。高性能多DSP的互連和數(shù)據(jù)傳輸將主要是基于低壓差分SerDes的全雙工互連和分組數(shù)據(jù)傳輸。當DSP數(shù)量較少時系統(tǒng)級互連將以DSP間的直接互連為主，當DSP數(shù)量較多時將以交換機及交換網(wǎng)絡為中心。多DSP互連的整體發(fā)展趨勢是從局部的差異化互連→全局統(tǒng)一的網(wǎng)絡互連;從直接互連/傳輸→通過中介的間接傳輸→通過互連網(wǎng)絡的間接傳輸;從非標準互連→標準互連;從通用以太網(wǎng)→面向信號處理優(yōu)化的高性能嵌入互連網(wǎng)絡sRIO。