DSP并行處理在剖面聲納系統(tǒng)
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并行處理時(shí)左端DSP負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，右端主DSP通過HPI接口讀取左端DSP的內(nèi)部數(shù)據(jù)及外部SDRAM的數(shù)據(jù)，同時(shí)左右兩端的DSP通過雙端口FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)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(fù)載平衡，系統(tǒng)將剖面聲納系統(tǒng)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(shù)據(jù)(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(quán)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(zhí)行”三大操作步驟采用流水線工作流程，則可以利用多個(gè)任務(wù)在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流重疊地使用同一套設(shè)備上的不同運(yùn)算單元，來加快系統(tǒng)的計(jì)算速度，流水線的并行執(zhí)行大大降低了整個(gè)系統(tǒng)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。為了保證兩個(gè)DSP的負(fù)載平衡，使系統(tǒng)工作時(shí)流水線并行處理板能夠真正地以流水線的形式并行處理剖面的數(shù)據(jù)，將每塊并行處理板內(nèi)任務(wù)進(jìn)行了劃分。系統(tǒng)單個(gè)DSP負(fù)載的劃分如圖3所示。
基于IP網(wǎng)路互連通路，本文設(shè)計(jì)了板間的基于IP互連的并行處理結(jié)構(gòu)。
多波束剖面聲納系統(tǒng)的每塊DSP處理板內(nèi)部并行針對15ms的采集時(shí)間可以達(dá)到10幀/秒的數(shù)據(jù)處理速度，基本上可以達(dá)到顯示需求。但如果系統(tǒng)要求更長的探測距離、更多的數(shù)據(jù)量和更高的顯示幀率，則需要并行處理板具有更高的數(shù)據(jù)吞吐能力。如顯示部分要求20幀/秒的顯示速度時(shí)，就應(yīng)當(dāng)使系統(tǒng)的處理速度達(dá)到20幀/秒。普通的并行處理結(jié)構(gòu)增加系統(tǒng)的處理單元時(shí)需要做大量的輔助工作，如電子系統(tǒng)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(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在增加系統(tǒng)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需太多修改，只需要修改板上對應(yīng)的IP地址，使接收換能器數(shù)據(jù)發(fā)送端能夠一點(diǎn)對二點(diǎn)分別發(fā)送分幀數(shù)據(jù)。而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送端只需在每一幀的數(shù)據(jù)包的包頭上標(biāo)明發(fā)往哪個(gè)IP地址即可。系統(tǒng)上電后，先檢測局域網(wǎng)內(nèi)的IP數(shù)目，并通過發(fā)包回包方式獲得系統(tǒng)中各個(gè)處理板的IP地址，也可以實(shí)現(xiàn)在板上的程序中固定IP地址。這樣數(shù)據(jù)發(fā)送端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就可以循環(huán)地將每一幀的數(shù)據(jù)發(fā)往不同的處理板，而系統(tǒng)的處理板分別處理每幀的數(shù)據(jù)再通過網(wǎng)絡(luò)分別上傳到水上主機(jī)端顯示，從而線性地提高了系統(tǒng)的處理速度。
圖5詳細(xì)闡述了1～3塊處理板組成的基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟⑿刑幚戆宓南到y(tǒng)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(xiàn)基于IP互連網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟⑿刑幚?，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(shù)據(jù)，每塊處理板接收的每幀數(shù)據(jù)分別處理后再由另一端口通過網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)送到水上主機(jī)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(shù)據(jù)上傳時(shí)主機(jī)通過路由器接收不同處理板的處理結(jié)果，并按照幀率進(jìn)行顯示，這樣就可以通過增加處理板來增加系統(tǒng)的顯示處理速度。
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