高速并行雷達數字信號處理系統(tǒng)設計方案

現代雷達的數字信號處理具有海量運算需求的應用背景，如巡航導彈末制導雷達地形匹配、合成孔徑雷達的成像處理、相控陣雷達的時空二維濾波處理等領域。目前，單片DSP難以勝任許多信號處理系統(tǒng)的要求。
　　世界上第一顆DSP芯片是美國德州儀器（TI）公司于1982年推出的第一代產品：TMS32010。經過十幾年的發(fā)展， DSP器件在高速度、可編程、小型化、低功耗等方面有了長足的發(fā)展。單片DSP芯片最快每秒可完成16億次（1600MIPS，每秒1600兆次指令）的運算，生產DSP器件的公司也不斷壯大。目前，市場占有率前四名依次為：Texas Instruments、Lucent、Analog Device、Motorola，涉足這一領域的公司還有AT&A、Fujitsu、IDT、NEC、Sansung等。
　　TI公司的DSP檔次齊全，應用廣泛，但片內RAM較小；Motorola公司的68000系列主要用于通信及儀表；AD公司的ADSP2106X系列不僅具有很強的處理能力，而且有大容量的片內RAM，被高速信號處理設計列為首選。
　　DSP2106X簡介
　　ADSP2106X是AD公司的一種高性能32位浮點DSP，它的基本特點有：
　　·最高工作頻率為40MHz，時鐘周期25ns。
　　·數據線有48根，地址線有32根，地址范圍4G。
　　·所有指令都是單周期指令，指令長度均為48bit。
　　·32-bit IEEE浮點運算單元，內含乘法器、ALU和移位器，支持40bit的擴展精度浮點運算。
　　·10個DMA通道。
　　·4M bit雙口片內存儲器。
　　·有兩個同步串口和六個連接口。
　　·支持多處理器共享總線。
　　2 基于ADSP2106X的并行處理系統(tǒng)
　　ADSP2106X提供了強大的實現多處理器并行處理的能力，允許某一處理器直接訪問其它處理器的內部雙口SRAM，并且這種訪問一般不影響被訪問處理器的工作，片內的分布總線仲裁邏輯可直接管理6片ADSP2106X和一個宿主機組成的并行系統(tǒng)的信息交換。另外ADSP2106X還具有6個4bit的連接口（Link Ports），每個連接口可以兩倍于系統(tǒng)工作時鐘的速率傳送數據，因此每個連接口在一個時鐘周期內能夠傳送一個8bit數據。在多處理器應用中，ADSP2106X通過其6個連接口實現處理器之間點到點的通信。由ADSP2106X構成的典型多處理器并行系統(tǒng)主要有以下三種形式：共享總線的多處理器并行系統(tǒng)；MeshSP（網格）結構多處理器并行系統(tǒng)；集束多處理器并行系統(tǒng)。
　　2.1 共享總線的多處理器并行系統(tǒng)
　　ADSP2106X處理器支持最為常用的共享總線多處理器并行系統(tǒng)，把各處理器的相應信號線相互連接，如DATA 47-0，ADDR 31-0等。此時組成多處理器系統(tǒng)的每一片ADSP2106X的片內存儲器統(tǒng)一編址，任何一片ADSP2106X都可以訪問其它ADSP2106X的片內存儲空間。由于片內SRAM為雙口存儲器，因而這種訪問并不中斷被訪問處理器的正常工作。在不增加輔助電路的條件下，通過外部總線接口（External Port）直接相連的處理器數量最多為6個，如圖1所示。
　　
　　2.2 MeshSP（網格）結構多處理器并行系統(tǒng)
　　MeshSP是MIT的Lincoln實驗室開發(fā)的一種大規(guī)模并行計算結構。在合適的應用背景下，MeshSP具有很高的效率和靈活性。通過連接口把相鄰的ADSP2106X連接在一起，構成了MeshSP結構，如圖2所示。具有6個連接口是ADSP2106X的最重要的特征之一，連接口每周期可傳送8bit數據，處理器之間傳送數據的最大速率為240MB/s。每個連接口都有自己的雙緩沖輸入和輸出寄存器。時鐘/回答握手信號控制連接口的傳送，傳送可編程為發(fā)送（輸出）或接受（輸入）數據。在這種結構中，每片ADSP2106X只與相鄰的節(jié)點直接通信，避免了總線瓶頸，所以很適合大規(guī)模并行系統(tǒng)。若干個ADSP2106X組成一個兩維或三維多處理器陣列，陣列中各個處理器通過連接口實現信息交換，數據流輸入和輸出通過外部總線接口或串行口實現。這種多處理器并行系統(tǒng)特別適合于多維信號處理（如二維FFT算法等）。