摘要：為滿足寬帶雷達信號處理對處理速度和實時性的要求，提出一種基于4片ADSP-TS201S的DSP并行系統設計。通過分析比較3種ADSP-TS2 01S的并行處理結構，結合實際需求，采用外部總線共享與鏈路口混合耦合的多DSP并行處理系統方案。在設計中，利用FPGA實現數據傳輸和CPCI接口的邏輯控制。經驗證，該系統具有運算能力強、片間通信靈活、并行處理效率高等優點。
　　關鍵詞：多DSP并行系統；ADSP-TS201S；FPGA；CPCI接口
　　0 引言
　　在寬帶雷達信號處理中，存在諸如回波采樣率高、脈沖壓縮（匹配濾波）運算量大、處理流程復雜、實時高分辨目標檢測困難等一系列問題。針對這些問題，采用通 用計算機平臺難以應對運算量大和實時性等高要求，因此，需采用專用的數字信號處理器（DSP）來進行高速運算。盡管當前的數字信號處理器已達到較高水平， 但單片DSP芯片的處理能力還是不能滿足寬帶雷達的性能要求，需要引入并行處理技術，在本設計中使用4片DSP芯片組成并行處理系統。另外，為充分發揮 DSP芯片在復雜算法處理上的優勢及FPGA在大數據量的底層算法上的優勢，設計了一種基于FPGA控制的多DSP并行處理系統。
　　1 系統設計
　　基于FPGA控制的多DSP并行處理系統的原理圖如圖1所示。
　　
　　整個雷達信號處理系統以高可靠性CPCI工控機為平臺，內置不同功能的信號處理板。板間的數據傳輸通過CPCI接口完成。根據雷達信號處理系統的任務分 配，本系統負責完成中頻數字信號的處理。根據前端信號采集板輸出數據的不同，數據將以串行或并行的方式輸送到本系統中。其中，串行信號通過CPCI的J3 口以差分的形式直接傳輸給DSP2，然后在4片DSP芯片間按照預定的算法進行任務分配和并行處理，處理完畢后通過DSP4寫入兩片擴展連接成32輸出方 式的FIFO中，此時，FPGA直接從FIFO中讀取數據，完成與CPCI接口芯片PCI9656的時序轉換后將數據發送到PCI9656，通過CPCI 總線經J1和J2口傳輸到雷達系統的其他功能模塊。對于并行信號而言，32位帶寬的信號首先通過J3口發送到F-PGA內部寄存器中FPGA接收到數據后 將數據寫入輸入緩存區，并在完成一幀后給并行DSP輸出中斷。當并行DSP采樣到中斷后，從數據緩存區讀取數據，完成處理后，將數據傳輸到緩存 區，FPGA再通過相同的處理方式經CPCI接口的J1口和J2口將數據傳輸到雷達系統的其他功能模塊。
　　2 DSP芯片選型
　　根據系統的性能要求，通過比較各種高性能DSP處理器，并著重對構成并行處理系統的性能和便捷性進行分析，確定選用AD公司的ADSP Tiger SHARC系列處理器中的TS201S組成多DSP并行系統。因為該系列的處理器在構成并行處理系統時其本身就提供了實現互連所需的片內總線仲裁控制和特有的鏈路口，可以以各種拓撲結構互連DSP，滿足大運算量和片間通信靈活的要求。此外，選用ADSP Tiger SHARC還可以降低外圍設計的復雜度，增強系統的穩定性。
　　TS201S芯片（600 MHz）主要性能指標：
　　（1）運行速度：1．67 ns指令周期；每周期可執行4條指令；
　　（2）DSP內部有2個運算模塊，支持的運算類型有：32 b和40 b浮點運算；8 b，16 b，32 b以及64 b定點運算；
　　（3）每秒可執行12×109次16 b定點運算或3．6×109次浮點運算；
　　（4）采用單指令多數據（SIMD）模式，每秒可提供4．8×109次的40 b乘加運算；
　　（5）外部總線DMA傳輸速率1．2 GB／s（雙向）；
　　（6）4個鏈路口，每個鏈路口最高提供1．2 GB／s的傳輸速率，可同時進行DMA傳輸；
　　（7）多處理器處理能力，具有支持多處理器無縫連接的片內仲裁邏輯，多處理器采用統一尋址的方式訪問，可以通過簇總線（ClusterBus）或鏈路口（Link Ports）方便地構成多處理器系統。
　　（8）片上SDRAM控制器，片上DMA控制器（提供14條DMA通道）。
　　3 DSP并行處理結構設計
　　ADSP-TS201S之間的數據傳輸通道可選擇的方式有如下兩種：高速鏈路口（LINK）方式和高速外部總線口（簇總線）。因此，由多ADSP- TS201 S組成的DSP并行處理系統從數據傳輸方式來看，不外乎有以下三種模型：高速鏈路口（LINK）耦合模型；高速外部總線口（簇總線）耦合模型；高速鏈路口 （LINK）與高速外部總線口（簇總線）混合耦合模型。
　　3．1 基于鏈路口的多DSP并行處理系統
　　在這種連接方式下，各DSP用LINK口連接在一起，進行通信控制和數據交換，系統結構簡單、連線少、可擴展性強，在DSP具有多個 LINK口的情況下，可靈活組成線型、星型、環型、網絡型或超立方體型等多種拓撲結構。ADSP-TS201S具有4個全雙工的鏈路口通信端口。一個鏈路 口單向通信包含4位數據加上時鐘與握手信號一共12條引線，雙向共要24條引線。在內核時鐘為600 MHz時，單向數據傳輸率最高可達600 MB／s，雙向數據傳輸率可達1．2 GB／s，由于鏈路口通信是點對點的，所以具有很高的傳輸可靠性，但在傳輸數據時的共享性不如總線形式。