一种新型多DSP并行计算结构及其应用

甘云志 深圳市京华科讯科技有限公司

引言

传统的雷达式信号处理系统正在因为时代的发展，面对不断庞大的信息量群而变得力不从心了。同时因为信息结构，内容以及规模的不断变化当前迫切需要一种能够实现内部重构，并且可以扩展的高速通用雷达处理系统。

一、多DPS并行计算模型

（一）模型简介

雷达通信系统下对于型号的处理要求是比较高的，因此科研人员在计算结构部分的芯片区域应用了Devicices公司的ADSP计算结构，主要的优点体现在以下方面，首先该结构的处理速度非常快，因为内部具有高达40MPS的处理速度，因此浮点的部分运算周期能够被大大缩短，并且对于很多计算语句的处理能够达到高达12MFLOPS的运行速度，最低的运算幅度也可以保持在80MFLOPS以上。其次结构的扩展范围以及通信范围比较大，外部的接线口位置接线地址宽度可以高达32位，支持现在的5G通信空间，每秒的传输速率能够高达250Mbytes的速率。最后该结构在集成容量上还是很大的，可以同时接纳主位置处理器以及DMA控制器进行同时访问，并且还能够直接支持多DPS并行结构上的集成片对于逻辑进行自行仲裁，基本上能够实现6个以上的ADPS共同应用总线并且实现无缝连接的效果，用户不需要根据变化进行任何调整工作，并且芯片和芯片之间还同样可以支持广播书写的模式，这也就一定程度上提高了信息的传输效率。与此同时，2106-ADSP还能够同时提供高速同步行口，微处理器衔接以及FLAC标志的功能，正是因为上面的这些优点使得这个结构非常适用于当前高度信息处理的业务需求，因此当前成列了并行计算结构的DSP芯片。

（二）基本组成结构以及运行方法

理想状态下的并行计算结构基本组成部分为5个结构相同的ADSP数据地址连接成一种共同的多处理器，各个机器设备之间通过集成的方式在芯片的内部汇集为一个发布式的总线逻辑仲裁体系。在总线的位置主要连接梁大部分的数据存放代码，系统在恢复定位的时候，DSP能够将需要运行的代码从CD-ROM中读出数据并且转移到内部的RAM中，等到所有的数据完成传输后再去进行运行。通常情况下，运行代码以及相关的运算程序需要储存在不同的DSP中，因为这样可以最大程度上分散ADSP因为访问次数能增加出现延时的后果。但是如果数据足够大，ADSP内部储存仪器将会出现内存不足的情况，此时可以在总线的位置挂接大容量的信息共享数据存储器。

为了避免因为大量数据的访问降低总线的延迟性，提高各个线路之间的通讯能力，各个ADSP之间可以利用高速的连接口方式进行两两连接，这样任意两点之间的处理器能够实现迅速地对接，并且多连接口的数据通路能够实现同时工作却不互相干扰的效果。最后在5片ADSP中含有的FLAG信号可以通过可以编程的结构互相交互，提供各个线路之间的简单信息，具体的搭建模式还需要根据情况而定。

（三）拓扑变化能力

两种软件共同控制着并行算法，分别为控制和数据并行部分。控制系统主要是指多个处理器共同完成不同的操作控制部分，比较典型的事例就是流水线的生产方式，数据并行性主要指的是多个处理器搜集不同方面的数据从而实现几乎相同的操作效果。不同的控制并行和数据并行对于硬件的要求是不同的，分别需要不同的拓扑结构进行支持，但是这种新型的多DSP并行计算结构能够利用动态的控制方式改变内部的拓扑逻辑结构适应新环境的需求。

对于控制并行算法而言，内部5个不同的ADSP结构连接成为一个流水线的生产方式，每一级的处理器都能够接受前面一个处理器的信息和计算结果，完成内置的算法一部分，并且将自己的算法结构再次输送到下一个环节。虽然只是一级，但是一个环节往往包含了很多的处理器。级与级之间的信息数据传输往往利用连接口进行传输，当然可以利用共享总线进行虚拟。这种模式比较特殊，需要在特殊的条件下应用，并且还需要设置特定的算法。

对于数据算法而言，通常都需要将1个ADSP看作为一个独立的1任务管理器，其他的结构可以被看作运算器，前者的主要任务为分配运算任务，数据管理以及整合各个部分的算法，后者主要负责各个部分具体数据运算。各个不同的部分分别通过不同的方式进行运行，而具体的运算方法需要结合不同的情况进行利用。但是对于SPMD而言各个处理器都是由独立的运算程序控制的，相互之间不需要过度的配合以及同步，因此这种拓扑结构比较非常强的流动性特点，因此很多的问题也就可以被有效解决。

（四）拓展性研究

并行计算结构的可拓展性主要体现在以下一个方面，首先连接口能够进行图站，任何一个处理器的端口都实现留出了一个连接口的数据通路，可以通过对其进行拓展连接从而支持其他的连接口设备进行稳定运行，例如另外一个ADSP或者独立运行结构。另外总线可以实现有效拓展，该并行计算结构同样可以利用总线和其他设备进行挂接拓展，例如工程师可以定义一个更加高级的连接协议，并且在总线的接口位置增加模块实现多个结构的并行运转。最后FLAG的标志可以实现有效拓展，因为这个结构中的标志利用了可以编程的连接结构，因此能够将其他部分的连接信号连接到任意一个ADSP中的任意标志端口之中。

二、节点处理以及实现

在高速的雷电测试信号处理系统中，结点的主要作用就是完成各个部分解点分配过来的各种计算任务，并且利用总线的接收装置控制发过来的运算指令，在硬件的结构中，节点的处理工作是结果运行的核心部分。

（一）指令流水

为了能够使用各种各样的计算内容，需要在结点的交汇位置设置一个新的ADSP作为任务管理器，其他的四个装置作为辅助装饰从而尽可能地提高结点地执行效率，在指令流水的工作部分中，通过运算DSP的方式对于当前的指令进行具体计算，在控制DSP的过程中同时对于将要进行的下面指令进行获取、分析、分配运算工作，这样不急能够有效解决指令和分析过程中的重叠交互可能性，另外一方面能够提高系统的运作时间和精确度。

（二）数据流水

一般情况而言，处理结点所需要的计算数据都是从外部搜集而来，在内部进行计算之后再将结果发送到外面的结点位置，对于外部的处理器进行直接访问效率比较低。为了能够降低访问的延时性，可以在内部的存储器中重新划分为两个RAM并且组成一个类似于乒乓球体系的数据缓冲中心，如果在运算DSP的过程中发现其中一个RAM正在进行计算前进的工作指令，此时DMA的控制器可以将另外一个RAM中的指令操作结果直接输送到下面一个指令的操作源中；后面的计算工作在计算开始的时候可以将两个RAM进行不断地切换操作，这也就能够有效解决数据传输工作和计算过程中的重叠部分，极大程度上节省了工作时间。

三、结束语

在高速雷达为处理结点的工作背景下，应用5个不同的ADSP构成一个并行的运算结构能够充分利用自身科技优点克服多重困难，并且将通信手段变得更加多样化，拓扑结构被有效拓展，以这种并行运算结构为核心的设计方案经过实验表明具有一定的合理性。