基于高性能多DSP互连技术

　　因此，物理层技术的发展推动着高性能DSP的主要互连技术从多点并行总线转向高速串行直连和分组传输交换。例如TI在2008年10月发布的3核DSP TMS320C6474、Freescale在2008年11月发布的6核DSP MSC8156，都已经取消传统意义上的数据、地址和控制三总线接口而代之以sRIO、GE之类的标准分组交换网络接口以及AIF这样的高速直连接口。

　　根据传输特性对互连技术的分类

　　互连的目的满足接口及算法链路的数据传输需要，因此互连特性往往与传输特性紧密相关。各种互连技术虽各有不同，但可以根据互连与传输的共性进行统一分类，有助于理解并选择合适的互连技术。表3是根据互连与传输的特性对现有主要DSP互连技术的分类总结。图1~图4是对典型互连技术实例的图示。

　　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。