采用TigerSHARC DSP开发实时信号处理平台

枫碟丽

TigerSHARC处理器TS201/2/3产品特性

TS20X系列处理器的基本特性包括：600MHz主频下每次可进行48亿次16bit定点全累加操作，或者每秒可进行12亿次32bit浮点全累加操作。在25mm 25mm的封装内通过先进的eDRAM技术提供了4/12/24Mbit的弹性内部存储器密度。此外，I/O端口LinkPORT和ClusterBus具有5GByte/s的吞吐能力，并可提供多处理器之间的无缝互连。
TS201系列的几款DSP的代码和管脚都兼容，它内置有针对无线通信的扩编解扩、信道编解码等通信逻辑单元。TS202、TS203则有不同的内部存储器和I/O配置，用户可根据不同系统的需求进行选择。
图1为TigerSHARC处理器内部结构图。TS201为通信处理单元CLU提供了专门的指令集，用于无线通信、软件无线电的实现。4路128bit位宽的片内总线在600MHz时钟下，可与内部存储器之间提供带宽高达38.4MBytes/s的传输速率。24Mbit的内部存储器适合于单处理器解决方案，避免了外扩存储器带来的设计问题。I/O处理器提供14条零开销DMA通道，使得TigerSHARC具有传递、装载大量数据的性能。

TigerSHARC DSP一直坚持了平稳结构体系的发展目标，关注于内核性能、内部存储器大小和外部I/O吞吐能力的协调统一，从而为用户带来了稳定而高性价比的系统设计。
TigerSHARC的多处理架构对于很多不同的应用极具吸引力。TigerSHARC稳定的内核、存储器、I/O间的平衡体系，以及其完整的多处理体系，都能为客户实现低功耗、小尺寸的高性能系统提供了可能。

系统平台的建立
TigerSHARC多处理器接口资源分为链路口（Link PORT）和并行总线/簇总线（Cluster Bus）。
一个多级DSP互连的例子是在各个DSP之间采用链路口连接，数据按照流水线方式从DSP1流向DSPx。处理完成后再将数据输出到下一级的信号处理模块。每个链路口都配有一组flag IRQ的握手信号。链路口组成多DSP平台的特点：
（1）其最大优势是结构简单，传输可靠，而且其数据传输速率与由Cluster Bus组成的系统不相上下。
（2）链路口传输时数据的共享性不如总线形式，这种结构方式特别适用于实时信号处理的场合。例如，一个信号处理机的各功能模块间数据是采用流水线方式进行处理的，先进行脉冲压缩然后再进行自适应滤波，这时各DSP之间采用链路口方式进行连接和实现信号处理是最合适的方式。
在并行总线方面，TigerSHARC提供完整的存储器接口、多处理器接口和主机接口，基于并行总线，至多8个TigerSHARC一起构成的多处理器系统在一个整体地址空间内，可以方便地实现整个多处理器系统的资源共享。
TigerSHARC并行总线的最大特点是其无缝连接能力。无论是SRAM、SDRAM还是多处理器连接，用户只需要按照芯片提供的管脚对应连接，不必做更多的工作。图2中，4个DSP可以共享SDRAM资源和其他各DSP内部存储器资源。各个DSP与SDRAM、FPGA的总线接口都是无缝连接的，从而做到了资源共享和并行分布式处理，提高了数据传输速率。

多DSP系统设计中的功能划分
多处理器系统要求将系统处理功能分解到各个DSP内完成，系统功能划分是一个重要的问题。以图3所示的信号处理机为例，当对16个周期的同一距离单元数据作动目标检测时，会产生16个输出。图中将信号处理功能分解成功能模块，由各个DSP来完成。功能划分的合理与否将直接影响到系统的实时性、接口复杂性和系统成本。
概括来讲，系统功能的划分方式应由系统的处理方式来确立。图3的例子中，由于处理功能是先进行脉冲压缩再进行杂波对销，然后进行相参积累，最后才是恒虚警，故DSP功能的分割也是按照流水线先后顺序分配到各个DSP的。它的特点是前一个处理模块的输出数据是后一个处理模块待处理的输入数据。多DSP处理系统中，处理器功能划分应遵循以下准则：
（1）每个DSP的功能应当尽可能相对独立，使DSP内部处理程序相对简单；
（2）每个DSP的运算应当尽可能均衡，这样不会造成处理瓶颈；
（3）DSP之间的数据传输量应当尽可能少，即DSP之间的数据接口尽可能简单； （4）多DSP系统内DSP间的数据传输方式，可以优先选用链路口方式，其次是并行总线的DMA方式，最后才是内核指令方式。
需要特别提醒的一点是，在给每个DSP分配任务时要留有一定的余地。

设计应用实例
图4是WiMAX无线基站的物理层信号处理框图，其中绿色部分在TigerSHARC中实现，蓝色部分可在TigerSHARC或FPGA中实现，根据用户的实际系统规格进行选择。目前单片TS201可以支持载波宽度为365MHz的基带信号处理。