基于高性能多DSP互连技术

对表3补充说明如下：多点总线为多dsp共享并分时占用，不能多数据流并发传输。多点主从总线可能有主总线的桥接转换，例如PCI-HPI的PCI2040(TI)、PCI-Local总线的PCI9054(PLX)。传统互连中的数据传输过程一般都需要源、中间或目的处理器的显性或隐性(例如TDM中的时隙分配)地直接参与。而基于交换机的网络互连则一般不需要。间接传输中的中介器件、dsp或交换机可以根据需要级联。接口转换桥方式连接标准网络的实例有：专用于ADI公司SHARC及TigerSHARC的SharcFin和FINe(Bittware)、通用的TSI620(Tundra)。高端FPGA由于其丰富的接口、对几乎所有互连标准的有效支持、使用的灵活性和高性能的计算处理能力，也会在多dsp的互连中发挥重要作用。

在2003年RapidIO成为ISO/IEC 18372标准之前，还没有规范的多dsp互连网络标准，各厂商推出了多种非标准dsp互连网络、接口和交换芯片，例如：Solano(Spectrum Signal)、StarFabric(StarGen)、FPDP/sFPDP(ICS/VITA)、RaceWay(Mercury)、 SKYChannel(SKY Computer)。RapidIO是在这些技术的基础上发展起来的，特别针对高性能dsp或嵌入式系统互连优化，其产业链已经基本成熟，并开始逐步取代这些非标准互连技术。

图1 典型直接互连：链式、星型、阵列

图2 典型多点总线直接互连：对等总线、主从总线

图3 典型非网络间接互连：存储器中介(双口、FIFO、共享)、FPGA

总结高性能dsp间的数据传输及控制，可以看出，其主要发展趋势是：从dsp间的直接互连传输→通过中介dsp的间接传输→通过分组交换互连网络的间接传输;源dsp和目的dsp的关系从主从关系→对等关系;从dsp软件主动参与传输控制→硬件独立自主控制传输过程，例如sRIO由硬件完成检错和重传;从专有互连传输技术→标准互连传输技术。

图4 交换网络互连：直接接入及需要适配器接口转换

系统级设计考虑

构建多dsp并行dsp系统时，需要决策解决的系统级问题有：为主数据路径选用哪些互连技术与整体拓扑?统一互连还是混合互连技术?直接还是间接互连?如果直接互连采用何种dsp接口?如果间接互连是采用存储器、FPGA、交换机还是其他器件扩展?是否需要连接外部网络?如何处理控制、程序配置、管理等的传输需求?是否需要区分数据平面、控制/配置平面、管理平面?在控制/配置/管理平面内，又应采用何种互连技术与互连拓扑?

如何选择合适的互连技术，设计合理的互连体系结构，应当根据数字信号处理算法及其在各dsp上的分解、解耦与适配结果，考虑数据传递链路在速率、延迟、并发数等方面的性能需求，针对已有dsp接口的互连与传输特性，满足系统在控制、配置和管理方面的数据传递需要，满足系统在成本、硬软件开发复杂度、调试测试方便性、构建使用灵活性与可扩展性等使用特性上的需要。在工程中设计实际并行处理系统时，一般需要混合使用多种互连传输技术与互连拓扑架构。

经验总结

在信号处理平面：当多dsp间整体流量不大或需要共享内存且器件支持时，可以使用对等并行总线;当处理过程需要主处理器参与转移、分配、汇聚或控制时，可以选用主从并行总线;当多dsp异构、具有非对等总线接口、需要分发汇聚或需要FPGA参与处理时，可以用缓存或FPGA做中介的间接互连;当需要高性能且链路为直接点—点时，可以选用高速直接互连链路或多点总线蜕化的直接互连;当需要并发的多个高速数据流、路径需要动态变化或需要扩展性，可以采用高性能分组交换网络互连;如果dsp不具有网络接口或网络为非标准，则需要桥接器件。语音、定时特性明显的中小数据量传输可以采用McASP、TDM、McBSP等同步串行总线;对网络数据可以采用FE、GE的标准网络。

在配置、控制和管理数据平面，对低速数据可以采用串行总线如UART、I2C、CAN、UART扩展的RS485等;对于高速传输可以采用主从并行总线如PCI、HPI、DSI、UTOPIA等，或采用FE/GE、PCIe、sRIO等网络互连技术;如果需要通过外部以太网管理系统内部则需要使用FE、GE等通用网络技术。

对于系统的整体互连拓扑，当整体算法链路固定且主要为顺序传递或逐级分解/汇聚或dsp数量较少时，可以采用两dsp间点—点直接互连组成的链/环式、树/星型、二/三维规则拓扑、Mesh等拓扑结构;当需要中、低性能的多dsp间相互传输，可以采用多点总线、FPGA星型、FE/GE的星型网络拓扑;当需要较多dsp间的高性能互连、算法灵活或需要性能与规模的线性扩展时，可以使用FPGA或分组交换网络形成的星型拓扑。

结语

现代高性能多dsp并行dsp系统一般将采用分平面的混合互连与传输技术。高性能多dsp的互连和数据传输将主要是基于低压差分SerDes的全双工互连和分组数据传输。当dsp数量较少时系统级互连将以dsp间的直接互连为主，当dsp数量较多时将以交换机及交换网络为中心。多dsp互连的整体发展趋势是从局部的差异化互连→全局统一的网络互连;从直接互连/传输→通过中介的间接传输→通过互连网络的间接传输;从非标准互连→标准互连;从通用以太网→面向信号处理优化的高性能嵌入互连网络sRIO。

来源：中嵌信息