高性能多DSP互連技術(shù)*

　　系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)考慮

　　構(gòu)建多DSP并行DSP系統(tǒng)時(shí)，需要決策解決的系統(tǒng)級(jí)問題有：為主數(shù)據(jù)路徑選用哪些互連技術(shù)與整體拓?fù)?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(chǔ)器、FPGA、交換機(jī)還是其他器件擴(kuò)展?是否需要連接外部網(wǎng)絡(luò)?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?jǐn)?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(yīng)采用何種互連技術(shù)與互連拓?fù)?

　　如何選擇合適的互連技術(shù)，設(shè)計(jì)合理的互連體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)數(shù)字信號(hào)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(duì)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(fù)雜度、調(diào)試測(cè)試方便性、構(gòu)建使用靈活性與可擴(kuò)展性等使用特性上的需要。在工程中設(shè)計(jì)實(shí)際并行處理系統(tǒng)時(shí)，一般需要混合使用多種互連傳輸技術(shù)與互連拓?fù)浼軜?gòu)。

　　經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

　　在信號(hào)處理平面：當(dāng)多DSP間整體流量不大或需要共享內(nèi)存且器件支持時(shí)，可以使用對(duì)等并行總線;當(dāng)處理過程需要主處理器參與轉(zhuǎn)移、分配、匯聚或控制時(shí)，可以選用主從并行總線;當(dāng)多DSP異構(gòu)、具有非對(duì)等總線接口、需要分發(fā)匯聚或需要FPGA參與處理時(shí)，可以用緩存或FPGA做中介的間接互連;當(dāng)需要高性能且鏈路為直接點(diǎn)—點(diǎn)時(shí)，可以選用高速直接互連鏈路或多點(diǎn)總線蛻化的直接互連;當(dāng)需要并發(fā)的多個(gè)高速數(shù)據(jù)流、路徑需要?jiǎng)討B(tài)變化或需要擴(kuò)展性，可以采用高性能分組交換網(wǎng)絡(luò)互連;如果DSP不具有網(wǎng)絡(luò)接口或網(wǎng)絡(luò)為非標(biāo)準(zhǔn)，則需要橋接器件。語音、定時(shí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可以采用FE、GE的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。

　　在配置、控制和管理數(shù)據(jù)平面，對(duì)低速數(shù)據(jù)可以采用串行總線如UART、I2C、CAN、UART擴(kuò)展的RS485等;對(duì)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(luò)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(luò)技術(shù)。

　　對(duì)于系統(tǒng)的整體互連拓?fù)?，?dāng)整體算法鏈路固定且主要為順序傳遞或逐級(jí)分解/匯聚或DSP數(shù)量較少時(shí)，可以采用兩DSP間點(diǎn)—點(diǎn)直接互連組成的鏈/環(huán)式、樹/星型、二/三維規(guī)則拓?fù)?、Mesh等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);當(dāng)需要中、低性能的多DSP間相互傳輸，可以采用多點(diǎn)總線、FPGA星型、FE/GE的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?當(dāng)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(kuò)展時(shí)，可以使用FPGA或分組交換網(wǎng)絡(luò)形成的星型拓?fù)洹?/p>

　　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(dāng)DSP數(shù)量較少時(shí)系統(tǒng)級(jí)互連將以DSP間的直接互連為主，當(dāng)DSP數(shù)量較多時(shí)將以交換機(jī)及交換網(wǎng)絡(luò)為中心。多DSP互連的整體發(fā)展趨勢(shì)是從局部的差異化互連→全局統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)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(luò)的間接傳輸;從非標(biāo)準(zhǔn)互連→標(biāo)準(zhǔn)互連;從通用以太網(wǎng)→面向信號(hào)處理優(yōu)化的高性能嵌入互連網(wǎng)絡(luò)sRIO。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1] 王新宏,陳航,李志舜.多處理器信號(hào)處理系統(tǒng)的互連網(wǎng)絡(luò)研究[J].計(jì)算機(jī)工程,2001(9):79-80

　　[2] 任驪平,陳王騫.多DSP系統(tǒng)互連方案分析[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2002(4):50-52

　　[3] 孫莉,吳順君,蘇濤. DSP并行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究.2002(9):68-70

　　[4] 謝民,高梅國,劉國滿.DSP互連技術(shù)的發(fā)展[J].電子產(chǎn)品世界.2004(1):56-58

　　[5] 杜金榜,鐘小鵬,王躍科.多DSP并行處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制.2006.14(5):658-660