一種新型多DSP并行計算結構及其應用

甘云志 深圳市京華科訊科技有限公司

引言

傳統的雷達式信號處理系統正在因為時代的發展，面對不斷龐大的信息量群而變得力不從心了。同時因為信息結構，內容以及規模的不斷變化當前迫切需要一種能夠實現內部重構，并且可以擴展的高速通用雷達處理系統。

一、多DPS并行計算模型

（一）模型簡介

雷達通信系統下對于型號的處理要求是比較高的，因此科研人員在計算結構部分的芯片區域應用了Devicices公司的ADSP計算結構，主要的優點體現在以下方面，首先該結構的處理速度非常快，因為內部具有高達40MPS的處理速度，因此浮點的部分運算周期能夠被大大縮短，并且對于很多計算語句的處理能夠達到高達12MFLOPS的運行速度，最低的運算幅度也可以保持在80MFLOPS以上。其次結構的擴展范圍以及通信范圍比較大，外部的接線口位置接線地址寬度可以高達32位，支持現在的5G通信空間，每秒的傳輸速率能夠高達250Mbytes的速率。最后該結構在集成容量上還是很大的，可以同時接納主位置處理器以及DMA控制器進行同時訪問，并且還能夠直接支持多DPS并行結構上的集成片對于邏輯進行自行仲裁，基本上能夠實現6個以上的ADPS共同應用總線并且實現無縫連接的效果，用戶不需要根據變化進行任何調整工作，并且芯片和芯片之間還同樣可以支持廣播書寫的模式，這也就一定程度上提高了信息的傳輸效率。與此同時，2106-ADSP還能夠同時提供高速同步行口，微處理器銜接以及FLAC標志的功能，正是因為上面的這些優點使得這個結構非常適用于當前高度信息處理的業務需求，因此當前成列了并行計算結構的DSP芯片。

（二）基本組成結構以及運行方法

理想狀態下的并行計算結構基本組成部分為5個結構相同的ADSP數據地址連接成一種共同的多處理器，各個機器設備之間通過集成的方式在芯片的內部匯集為一個發布式的總線邏輯仲裁體系。在總線的位置主要連接梁大部分的數據存放代碼，系統在恢復定位的時候，DSP能夠將需要運行的代碼從CD-ROM中讀出數據并且轉移到內部的RAM中，等到所有的數據完成傳輸后再去進行運行。通常情況下，運行代碼以及相關的運算程序需要儲存在不同的DSP中，因為這樣可以最大程度上分散ADSP因為訪問次數能增加出現延時的后果。但是如果數據足夠大，ADSP內部儲存儀器將會出現內存不足的情況，此時可以在總線的位置掛接大容量的信息共享數據存儲器。

為了避免因為大量數據的訪問降低總線的延遲性，提高各個線路之間的通訊能力，各個ADSP之間可以利用高速的連接口方式進行兩兩連接，這樣任意兩點之間的處理器能夠實現迅速地對接，并且多連接口的數據通路能夠實現同時工作卻不互相干擾的效果。最后在5片ADSP中含有的FLAG信號可以通過可以編程的結構互相交互，提供各個線路之間的簡單信息，具體的搭建模式還需要根據情況而定。

（三）拓撲變化能力

兩種軟件共同控制著并行算法，分別為控制和數據并行部分。控制系統主要是指多個處理器共同完成不同的操作控制部分，比較典型的事例就是流水線的生產方式，數據并行性主要指的是多個處理器搜集不同方面的數據從而實現幾乎相同的操作效果。不同的控制并行和數據并行對于硬件的要求是不同的，分別需要不同的拓撲結構進行支持，但是這種新型的多DSP并行計算結構能夠利用動態的控制方式改變內部的拓撲邏輯結構適應新環境的需求。

對于控制并行算法而言，內部5個不同的ADSP結構連接成為一個流水線的生產方式，每一級的處理器都能夠接受前面一個處理器的信息和計算結果，完成內置的算法一部分，并且將自己的算法結構再次輸送到下一個環節。雖然只是一級，但是一個環節往往包含了很多的處理器。級與級之間的信息數據傳輸往往利用連接口進行傳輸，當然可以利用共享總線進行虛擬。這種模式比較特殊，需要在特殊的條件下應用，并且還需要設置特定的算法。

對于數據算法而言，通常都需要將1個ADSP看作為一個獨立的1任務管理器，其他的結構可以被看作運算器，前者的主要任務為分配運算任務，數據管理以及整合各個部分的算法，后者主要負責各個部分具體數據運算。各個不同的部分分別通過不同的方式進行運行，而具體的運算方法需要結合不同的情況進行利用。但是對于SPMD而言各個處理器都是由獨立的運算程序控制的，相互之間不需要過度的配合以及同步，因此這種拓撲結構比較非常強的流動性特點，因此很多的問題也就可以被有效解決。

（四）拓展性研究

并行計算結構的可拓展性主要體現在以下一個方面，首先連接口能夠進行圖站，任何一個處理器的端口都實現留出了一個連接口的數據通路，可以通過對其進行拓展連接從而支持其他的連接口設備進行穩定運行，例如另外一個ADSP或者獨立運行結構。另外總線可以實現有效拓展，該并行計算結構同樣可以利用總線和其他設備進行掛接拓展，例如工程師可以定義一個更加高級的連接協議，并且在總線的接口位置增加模塊實現多個結構的并行運轉。最后FLAG的標志可以實現有效拓展，因為這個結構中的標志利用了可以編程的連接結構，因此能夠將其他部分的連接信號連接到任意一個ADSP中的任意標志端口之中。

二、節點處理以及實現

在高速的雷電測試信號處理系統中，結點的主要作用就是完成各個部分解點分配過來的各種計算任務，并且利用總線的接收裝置控制發過來的運算指令，在硬件的結構中，節點的處理工作是結果運行的核心部分。

（一）指令流水

為了能夠使用各種各樣的計算內容，需要在結點的交匯位置設置一個新的ADSP作為任務管理器，其他的四個裝置作為輔助裝飾從而盡可能地提高結點地執行效率，在指令流水的工作部分中，通過運算DSP的方式對于當前的指令進行具體計算，在控制DSP的過程中同時對于將要進行的下面指令進行獲取、分析、分配運算工作，這樣不急能夠有效解決指令和分析過程中的重疊交互可能性，另外一方面能夠提高系統的運作時間和精確度。

（二）數據流水

一般情況而言，處理結點所需要的計算數據都是從外部搜集而來，在內部進行計算之后再將結果發送到外面的結點位置，對于外部的處理器進行直接訪問效率比較低。為了能夠降低訪問的延時性，可以在內部的存儲器中重新劃分為兩個RAM并且組成一個類似于乒乓球體系的數據緩沖中心，如果在運算DSP的過程中發現其中一個RAM正在進行計算前進的工作指令，此時DMA的控制器可以將另外一個RAM中的指令操作結果直接輸送到下面一個指令的操作源中；后面的計算工作在計算開始的時候可以將兩個RAM進行不斷地切換操作，這也就能夠有效解決數據傳輸工作和計算過程中的重疊部分，極大程度上節省了工作時間。

三、結束語

在高速雷達為處理結點的工作背景下，應用5個不同的ADSP構成一個并行的運算結構能夠充分利用自身科技優點克服多重困難，并且將通信手段變得更加多樣化，拓撲結構被有效拓展，以這種并行運算結構為核心的設計方案經過實驗表明具有一定的合理性。