一种基于GPU的主动声纳宽带信号处理实时系统.pdf

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1、第24卷第9期传感技术学报V01．24No．92011年9月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSSep．2011AReal·TimeSignalProcessingSystemofBroadbandActiveSonarBasedonGPUL／Xiaomin，HOUChaohuan，YANShefeng(IntelligentSensingandSignalProcessingLab，InstituteofAcoustics，ChineseAcademyofSciences，Beifing100190，China)

2、Abstract：ThissystemimplementsthesignalprocessingofbroadbandactivesonarusingGPUviaCUDA，andachievesthetimelinessofthewholeprocessingsystem．ExperimentationsshowthatitimprovesaboutonemagnitudecomparedwithCPU；Meanwhile，ithasmanyadvantagescomparedwithDSPplatformwhichhasthesameproces

3、singspeed，suchasshorterdevelopmentperiod，lowercost，higherreliabilityandSOon．Keywords：broadbandarraysignalprocessing；activesonar；real-time；GPUEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2011．09．011一种基于GPU的主动声纳宽带信号处理实时系统术李晓敏，侯朝焕，鄢社锋(中国科学院声学研究所声学智能制导实验室，北京100190)摘要：该系统采用基于CUDA(Compute

4、UnifiedDeviceArchitecture，统一计算设备架构)并行编程模型的GPU(GraphicProcessingUnit，图形处理器)，实现了整个主动声纳宽带信号处理系统的实时性。实验结果表明：该系统与CPU平台相比，处理速度提高了近一个数量级；与具有同等处理速度的DSP阵列信号处理平台相比，克服了开发周期长、成本高和移植性差等缺点。关键词：宽带阵列信号处理；主动声纳；实时性；GPU中图分类号：TN911．72文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)09—1279-05传统意义上的GPU主要针对图形图像处理和基于以上因素

5、，本文采用基于CUDA编程架构游戏加速，其功能受到一定限制。NVIDIA公司于的GPU，实现了LFM及CW信号的几种经典波束形2007年发布了CUDA以及相应的GPU版本。这类成和匹配滤波过程，该系统具有实时性、开发周期GPU内核有很多流处理器，每个流处理器内包含相短、性价比高和使用灵活等众多优点。当多数量的并行执行单元，可以高效执行各种模型1基于CUDA的GPU通用编程的大规模科学计算，因此受到学术界和产业界的追捧，被广泛应用于金融、石油、天文学、流体力学、信CUDA是一种将GPU作为数据并行计算设备号处理、电磁仿真、模式识别、图像处理和视频压缩

6、的软硬件体系，采用了比较容易掌握的类C语言进等众多领域¨。然而，目前国内外将GPU通用计行开发。它是一个SIMD(SingleInstructionMultiple算应用到声纳信号处理的案例还很少。Data)系统，即一个程序编译一次以后，CUDA将计声纳信号处理的手段主要分为两类。一类为以算任务映射为大量的可以并行执行的线程，并由拥CPU为代表的处理平台，另一类为基于FPGA和有大量内核的硬件动态调度和执行这些线程，从而DSP等大规模集成电路芯片的阵列信号处理平台。显著提高运算速度。如图1所示，将一个可以并行前者耗时严重，实时性差；后者虽然能够完成

7、实时信化执行的任务首先分配给若干个线程网格(Grid)，号处理，但也具有开发周期长、板卡众多和成本高等其次将每个Grid内的任务分配给若干个线程块众多缺点。(Block)，最后再将每个Block内的任务细分给若干项目来源：国家自然科学基金项目(11074270，60802072)收稿日期：2011—03—30修改日期：2011—05—16传感技术学报1280WWW．chinatransducers．con第24卷个线程(Thread)。Grid中的所有Blocks并行执行，A(0)=a(0)=[a(0)Block中的所有Threads并行执行，这种

8、两层并行模Ull／'／'12’。llqM型是CUDA最重要的创新之一。。13,21／X22‘‘‘1~2M：：●●Gridl