高速实时数字信号处理器并行性研究

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1、高速实时数字信号处理器并行性研究丝慧7H12’(北京理工大学电子工程系雷达技术研究所)【摘要】高速实时数字信号处理技术取褥了飞速的发展；目前单片IIGAP芯片的遘度已经可以达到每秒16亿次定点运算(1印嘶Ⅲ．高速实时DSP芯片的主要特点就是采用了各种并行处理技术，包括片内并行和片间并行等．本文从并行处理的角度分析了当前主要高速实时DSP芯片的特点，并分析了采用高速实时DSP芯时s一、概述l／／从1982年美国TI公司推出世舁上第一十高速实时数字信号处理芯片(DSP芯片)以来，DSP技术取褥了飞速的发展；目前

2、单片DSP芯片的速度已经可达到每秒16秒次定点运算(1600M~)．高速实时DSP芯片的主要特点就是采用了各种并行处理技术，包括片内并行和片间并行等．本文从并行处理的角度分析了当前主要高速实时DSP芯片的特点．并分析了采用高速实时DSP芯片构成并行处理系统的方案及其特点．二、紧耦合多指令多数据流(IVIIIVID)多媒体()芯片TMS32~L'Sx从并行处理的角度分析，TMS32~X~Sx是一个紧耦台多指令多数据流(Mm∞)的单片多处理器系坑．这一系统的运行速度等效于每秒20亿次R璐c类型的操f“”兀羽-c

3、h。crj忡—作．在这个系统中，一个显著的【llli[IlI】【IT[：Il特点是采用交叉开关((幻罄bar)【IlII：[IlIII】II[III“，【I【ll[IrIl】【T[I【I代替了传统的总线互连(图1)．[III[r【I．I】II[I【I[I】I[【【I．I】I1【II1r??甲岬在总线互连的系统中，各个『TTTrrrr1TTT1TTDSP之间需要申请总线．并需要总线仲裁机构分配总线．对于单总线系统，如果某一DSP占用总线，则其它DSP需等到该DSP释@放总线后才可能获得总线的使用图lTMS32

4、0C80体系结构权．这就限制了总线传输数据的速度．而交叉开关结构则可以在同一时刻将不同的DsP与不同的任一存储器连通，这就大大提高了数据传输的速率，使多处理器并行处理中数据传输的瓶颈问题得以减轻．三、甚长指令宇(Vuw)多处理器芯片320c6x1幅堑DO缸的并行处理特点从并行处理的角度分析，nts均的主要特点是采用了Ⅵ』w的体系结构(图2】．在Ⅵ』w处理机中．多个功能单元是并发工作的；所有的功能单元共享使用公用大型寄存器堆．由功能单元同时执行的各种操作是由vuw的长指令来同步的，它把长指令中不同字段的操作码

5、分送给不同的功赞单信号处理第十五眷元：这种代码压缩是由编译器完成的，编译器可以利用精心设计过的启发式方法或运行时统计方法来预测转移结果．在TMS32CC~2x中．8个萄能单元共享使用32个妣通用寄存器堆．为保证代码压缩、分配的效率，n公司还推出了世界上第一个忙编语言级编译器；这个编译器的编译效果舍太大影响O6的运行效率．VUW处理机的另一个特点是指令获取、指令分配，指令执行、数据存储辱阶段需要进行多级流水，而且不同指令执行的流程地序址；I程地序址{!程序l程序程序!程序}执行执行i执行执}亍执行等待I数据：

6、分配解码!I2{345水延迟时同也不相辱(圈3)：因此产生发送：接收l(单周期)l(乘法)(存储)j(加载)f加戴)各种指令的安捶耍尽量不破坏指令流水的执行，否则处理机运行程序获取程序解码程序执行的效率也会太大降低．圉311320C旺x的流水结扮zVuw体系结构的优缺点分析由于Ⅵ结扮中．指令并行性和教据传送完全是在编译时确定的．因此运行时的费源高度和同步完全不用，周此这种结扮中每条指令的等效周期教很低．运行速度很快．VUW的主要问题是这种结扮的效率耐代码压缩的效率有很大的依藏性；因为它是将不相关的或无关的操

7、作在编译时预先同步地压缩在一起，因此编译程序的性能对处理机结果有重大影响．VUW的主要优点是它的硬件维扮和指令系统与超标等维扮相比比较简单．并且在科学应用领域可以发挥良好的作用，因为这种领域程序行为的特点(年}移预测)比较容暑预测．四、可并行扩展的超级哈佛指令计算机(SHARC)ADSP21~x1．ADSP21~的并行处理特点ADSP210~的主要特点是在一个ADSP21C~0的浮点DsP校心基础上集成了片内太容量双口RAM和并行处理接口，周此是一个可并行扩展的超级啃佛结扮圊^RC)．山sP21嘶‘的并行处

8、理系统①共享存储器多处理系统这是将6片AE同1O通过外部总线互连：多处理器之间的通信方式通过共享片内存储器，共享片外垒局存储器完成(圉4)．@数据藏多处理系统(圉5)田4共享存储器多处理系境第四期高速实时数字信号处理器并行性研究这种多DSP系统的结构是将处理算法串行分配，使数据运一漉过各个处理器来完成处理任务．其主要特点是计算带宽大，但是灵活性不高．由于A】捌O缸片内有连接口和DMA传■模式，因此易于实现这种多D