基于TS201的多DSP系统设计与实现

0 引言

随着软件无线电技术的发展，以及大宽带高分辨率多路信号和多种信号处理方式的采用，信号处理中的运算量与数据吞吐量急剧上升，于是，越来越多的系统采取多DSP的并行处理方式来满足实时处理的性能要求。并行处理系统通常由多个处理单元组成，并通过一定的方法将一个任务分成若干个子任务，再分别由各处理单元去完成。一个合适的系统结构往往可以大大提高系统的运行效率，简化软件的实现，并且方便软硬件的更新和维护。

1ADSP-TS201简介

ADSP-TS201是美国模拟器件(ADI)公司继TS101之后推出的一款高性能处理器，可广泛应用于大存储量、高性能、高速度的信号处理和图象处理系统中。TS201本身提供有可实现互连所需的片内总线仲裁控制和特有的链路口。可以方便的以各种拓扑结构互连DSP，以满足大运算量的需求。TS201的主要性能指标如下：

◇最高工作主频可达600 MHz，指令周期为1.67 ns，可支持单指令多数据(SIMD)操作；

◇采用LVDS技术和DDR方式传输数据，单向最大速率为500 MB／s，数据吞吐量为4 GB／s；

◇4条128位数据总线可与6个4MB的RAM相连，其34位地址总线可提供4GB的寻址空间；

◇有4个链路口，每个链路口可提供1.2 GB／s的传输速率，并可同时进行DMA传输；

◇可通过共享总线提供无缝连接以用于片内集成总线的仲裁控制；

◇片上SDRAM控制器和片上DMA控制器可提供14条DMA通道。

2多DSP并行系统的结构

图1所示为常见的多DSP并行处理网络结构。TS201芯片在组成多DSP系统时，处理单元之间的网络结构一般可采用如下几种形式：

第一种是各处理单元有各自独立的数据存储器，它们通过通信口相连成分布式并行系统，称为松耦合式系统。松耦合式系统中的处理单元的连接方式很多，有线形、树形、星形、网孔、超立方体结构等。其中树形和星形网络的优点是网络管理容易，数据通信时寻径简单，缺点是处理单元数目较多时，“根”节点或中央节点处理单元的输入／输出吞吐量太大，容易造成通信瓶颈。超立体结构则以多维形式来增强网络的通信能力，它的优点是网络全对称，在节点连接特性、通信长度、算法的嵌入性、与其它连接形式的兼容性之间可提供很好的平衡，但随着处理单元个数的增多，该形式对网络硬件的要求也会增加。

第二种是共享总线或共享存储器系统，称之为紧耦合式并行系统。共享总线系统可使多个处理单元共同使用一套数据总线，其存储器所占用的地址段在各DSP中通常是相同的，这种结构的优点是简单，在DSP数目较少时，可以达到较高的加速比；但在DSP较多时，共享总线将造成频繁的总线冲突和等待，从而引起各处理单元等待总线令牌的时间大大增加。

另外，将上面两种结构结合使用的系统也很常见。这些方式在利用其外部总线构成一个紧耦合结构的数据通路的同时，DSP之间还可通过LINK口以流式松耦合结构的方式互连，两种结构相辅相成，能够适应不同算法的需求，以达到最佳的资源利用。但也会使软件变得比较复杂。