基于DSP的高性能通用并行彈載計算機設計與實現(xiàn)

摘要：為滿足彈上信號處理領域不斷增長的任務需求并適應不同的應用場合，設計高性能通用并行計算機，進而構(gòu)建各類信號處理系統(tǒng)是一種趨勢。基于時共享總線和分布式兩種并行結(jié)構(gòu)的理論分析，結(jié)合信號處理系統(tǒng)的特點，設計了一種高性能通用并行彈載計算機，它具有標準化、模塊化、可擴展、可重構(gòu)、混合并行模式、多層次互聯(lián)的特性，通過構(gòu)建典型彈載計算機驗證了這些特性。
關鍵詞：彈載計算機；并行處理；TS201；FPGA

0 引 言
隨著技術(shù)的發(fā)展，在導彈控制和通信等領域，需要處理的任務規(guī)模越來越大。雖然隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，已產(chǎn)生了運算能力達每秒幾十億次的處理器，但還遠遠不能滿足這些領域的需求。而VLSI技術(shù)的發(fā)展已受到其開關速度的限制，進一步提高處理器主頻遇到的困難越來越大。為此，把用于大型計算機的并行處理技術(shù)應用到信號處理中來，在信號處理系統(tǒng)中引入并行多處理器技術(shù)是必然趨勢。傳統(tǒng)彈載計算機一般針對特定場合，先確定算法，再根據(jù)算法確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與算法嚴格相關，因此通用性較差。隨著一些標準技術(shù)(標準板型、接口、互聯(lián)協(xié)議等)在彈上控制系統(tǒng)中的應用，設計標準化、模塊化的通用型計算機成為了可行。而且所設計的還要可擴展、可重構(gòu)，進而根據(jù)不同的應用場合和算法構(gòu)建各種彈載計算機系統(tǒng)。

1 并行彈載計算機處理結(jié)構(gòu)模型
普遍的兩種并行處理結(jié)構(gòu)如圖1所示，一種是共享總線結(jié)構(gòu)，另一種是分布式并行結(jié)構(gòu)。其中，P(Proces-sor)：處理器；M(Memory)：存儲器；MB(Memory Bus)：存儲器總線；NIC(Network Interface Circuitry)：網(wǎng)絡接口電路。共享總線結(jié)構(gòu)中多個處理器P經(jīng)由高速總線連向共享存儲器，每個處理器等同地訪問共享存儲器、I／O設備和操作系統(tǒng)服務。分布式并行結(jié)構(gòu)中多個處理節(jié)點通過高通信帶寬、低延遲的定制網(wǎng)絡互聯(lián)，每個處理節(jié)點都有物理上的分布存儲器，節(jié)點間通過消息傳遞相互作用。

并行處理的目的是采用多個處理器同時對任務處理，從而減小任務執(zhí)行時間，它主要反映在加速比(S)和并行效率(E)上。加速比是指對于一個特定應用，并行算法的執(zhí)行速度相對串行算法加快了很多倍。效率則是針對每個處理器來衡量的。依據(jù)并行處理中可擴放性(Sealability)評測的等效率度量標準可從理論上評測這兩種結(jié)構(gòu)。