2 基于IP互連的DSP并行處理結(jié)構(gòu)

　　2.1 流水線并行的DSP處理板結(jié)構(gòu)

　　多波束剖面聲納系統(tǒng)采用35k～65kHz寬帶線形調(diào)頻信號進(jìn)行探測，系統(tǒng)的采樣頻率為500kHz，接收9路的基陣信號，并且要求系統(tǒng)具有較高的探測能力，所以采集時(shí)間定為15ms以上，探測有效距離大于11米。進(jìn)行海底的剖面探測時(shí)，需要對接收的多波束接收信號進(jìn)行帶內(nèi)補(bǔ)償、波束形成、頻域相關(guān)算法、旁瓣抑制以及FIR濾波等處理，系統(tǒng)要求能夠在10幀/秒以上實(shí)時(shí)顯示剖面結(jié)果并且存盤。

　　為了滿足多波束剖面聲納的高速、大容量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)信號處理需求，在信號處理系統(tǒng)部分采用了以二片DSP TMS320DM642組成的流水線并行結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

　　TMS320DM642是TI公司2004年推出的多媒體處理器，具有最高720MHz的主頻，單片峰值處理能力為5 760MIPS，而且該芯片具有10M/100M以太網(wǎng)接口，可以方便地實(shí)現(xiàn)處理板間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互連，從而可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的并行數(shù)據(jù)處理。

　　圖2中，左端DSP為從DSP，通過其自身網(wǎng)口與接收換能器內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)連接，根據(jù)顯示速度要求，接收轉(zhuǎn)換后的信號數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到其外圍的SDRAM中。當(dāng)接收到一幀信號數(shù)據(jù)時(shí)轉(zhuǎn)入并行處理程序，左右兩片DSP采用流水線并行處理方式。

　　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。