DSP并行处理在剖面声纳系统中的应用
2 基于IP互连的DSP并行处理结构
2.1 流水线并行的DSP处理板结构
多波束剖面声纳系统采用35k～65kHz宽带线形调频信号进行探测，系统的采样频率为500kHz，接收9路的基阵信号，并且要求系统具有较高的探测能力，所以采集时间定为15ms以上，探测有效距离大于11米。进行海底的剖面探测时，需要对接收的多波束接收信号进行带内补偿、波束形成、频域相关算法、旁瓣抑制以及FIR滤波等处理，系统要求能够在10帧/秒以上实时显示剖面结果并且存盘。
为了满足多波束剖面声纳的高速、大容量数据的实时信号处理需求，在信号处理系统部分采用了以二片DSP TMS320DM642组成的流水线并行结构，如图2所示。
TMS320DM642是TI公司2004年推出的多媒体处理器，具有最高720MHz的主频，单片峰值处理能力为5 760MIPS，而且该芯片具有10M/100M以太网接口，可以方便地实现处理板间的网络数据互连，从而可以实现系统的并行数据处理。
图2中，左端DSP为从DSP，通过其自身网口与接收换能器内的数据转换网络连接，根据显示速度要求，接收转换后的信号数据，并存储到其外围的SDRAM中。当接收到一帧信号数据时转入并行处理程序，左右两片DSP采用流水线并行处理方式。
并行处理时左端DSP负责接收数据，右端主DSP通过HPI接口读取左端DSP的内部数据及外部SDRAM的数据，同时左右两端的DSP通过双端口FIFO进行数据交换、邮箱信息传递等。为了保证信号处理时左右两端DSP的负载平衡，系统将剖面声纳系统需要处理的任务进行划分：多波束剖面声纳信号处理需要将9路波束数据(每路7 500点16bit)进行FFT、频域波束形成、频域相关算法、IFFT、时域FIR滤波、时域加权压制旁瓣等算法处理。如果TI DSP所采用的指令，其“取指”、“分析”、“执行”三大操作步骤采用流水线工作流程，则可以利用多个任务在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套设备上的不同运算单元，来加快系统的计算速度，流水线的并行执行大大降低了整个系统任务的执行时间。为了保证两个DSP的负载平衡，使系统工作时流水线并行处理板能够真正地以流水线的形式并行处理剖面的数据，将每块并行处理板内任务进行了划分。系统单个DSP负载的划分如图3所示。
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