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1、第 1 页 DSP 系统程序设计论文 特征码 fgXEkfaYJWSHpmSJMyAn 近年来，计算机产品的应用领域越来越广，数字信号处理器的 发展表现得尤为明显。DSP 芯片制造商和 DSP 板开发商利用自 身的优势不断开发出多 DSP 结构的产品来满足这种需求。通常 的 DSP 设备是与嵌入式系统相结合，来实时地完成某一特定任 务。随着信号采集速度和处理速度的要求越来越高，许多领域 都需要进行多处理器运算，其中包括医学、图像处理、军事、 工业控制、电信等许多领域。多处理器系统可以根据所需实现 的功能和处理器的性能来调节处理结点的数目，使系统达到最 佳的性能价格比。 实际上，只有从芯片开始仔
2、细设计，才能方便地实现多处 理器系统的调节功能。这里选用的是 AD 公司新出品的 SHARC 级 处理器 ADSP21160。 ADSP21160 具有很大的片内存储区、多重内部总线结构、 独立的 I/O 子系统；具有构造多处理器系统的所有特点，能够 第 2 页 真正支持处理器数目的可调节功能，十分适合组成高性能浮点 的多 DSP 系统。 VxWorks 是目前世界上用户数量最大的实时操作系统。这使它 除了具有优越的技术性能之外，还具有丰富的应用软件支持、 良好的技术服务和可靠的系统稳定性。由于它具有以上优点， 本系统中选用了 VxWorks 作为 MVME167 的操作系统。 一、ADSP2
3、1160 的特点 ADSP21160 是 AD 公司采用超级哈佛结构的一种新产品。 21160 的汇编代码与 2106x 兼容，处理器具有 SIMD（单指令流 多数据流）功能；而 2106x 只具有 SISD（单指令流单数据流） 功能。为了充分利用这种新的功能，一些指令做了一些改变。 ADSP21160 包括 1 个 100/150MHz 的运算核、双端片内 SRAM、1 个支持多处理器的集成在片内的 I/O 处理器和多重内部总线以 消除 I/O 瓶颈。 ADSP21160 的汇编源代码与 2106x 兼容。SIMD 计算结构： 2 个 32bit 的计算单元，其中每一个单元包括乘法器、ALU
4、、移 位寄存器及寄存器文件。具有完备的与外围设备接口功能。包 括独立的 I/O 处理器、4Mbit 的片内双端 SRAM、可直接连接的 第 3 页 多处理器特性及端口（串口、连接口、外总线及 JTAG） 。 ADSP21160 包括 2 个运算处理单元，具有 SIMD 功能。处理 单元指的是 PEX 和 PEY。PEX 始终是有效的，而 PEY 的有效是通 过设置 MODE1 寄存器中的 PEYEN 位来实现的。当 PEY 模式有效 时，同一条指令在 2 个处理器单元中都得到执行，但每一个处 理器单元中的操作数不同。 SIMD 模式在存储区和处理器单元之间的数据传输也是很有作用 的。当使用 S
5、IMD 模式，通过加倍数据带宽来保证处理器单元的 操作。在 SIMD 模式，当使用 DAGs 来传输数据时，存储区每次 访问所传输的是两个数据值。 ADSP21160 包括 4Mbit 的片内 SRAM，分为两块，每一块 2Mbit。可以定义为不同字长的指令和数据存储。每一个存储块 的双端口结构可以使存储块独立地被运算核处理和 I/O 处理器 访问。21160 的存储区最大可以容纳 128K 的 32bit 数据，或 256K 的 16bit 数据，或 85K 的 48bit 指令，或其他混合字长的 数据，但总和最大为 4Mbit。所有存储区可以 16、32、48、64bit 字长的字访问。
6、外端口支持处理器与片外 存储器及外设的接口，片外的 4G 地址空间属于 21160 的统一地 址空间。 第 4 页 外端口支持同步、异步及同步 BURST 访问。DMA 控制器的 操作相对处理器运算核是独立和不可见的，即 DMA 操作可与执 行指令同时进行。DMA 传输可以在内部存储区与外部存储区、 外围设备或主机之间进行。21160 共有 14 个 DMA 通道，其中： 连接口(linkport)占 6 个；串口占 4 个；外端口(external port)占 4 个。21160 可以通过 DMA 传输来下载程序，外围异步 设备也可以通过 DMA 请求/应答线来控制 2 个 DMA 通道。
7、 21160 具有许多特点支持多 DSP 系统。外端口与连接口支 持多处理器系统的直接连接，外端口支持统一的地址空间，允 许 DSP 之间互相访问。片内具有分布式总线仲裁逻辑，最多支 持 6 片 21160 和主机连接。外端口的最大数据传输率为 400MB/s，广播写信号可以同时发 送到各片 21160。6 个连接口提供了另一种方法实现多处理器之 间的通信。连接口的最高传输速率为 600MB/s。 整个系统基于 VME 总线。VME 总线系统作为最早的国际通 用开放式总线，自 1981 年起，经历了近 20 年的发展。其影响 不断扩大，功能不断完善，现已成为性能最好、应用最广的国 际总线标准之
8、一。 第 5 页 根据设计要求，采用了 4 片 ADSP21160。片外共享内存 SRAM 可以被主机和各片 DSP 直接访问；EPROM 用来存放初始化 程序和各片 DSP 要运行的程序，在系统上电后这些程序被下载 到各片 DSP 中；LEDs 用来显示插件的状态，如 reset、normal 等。每一片都有 1 个连接口连到插件的前面板，这样前端采集 来的数据就可以很方便地传输到多 DSP 上，而且也使数据的传 输模式更加灵活。 连接口(linkport)是 SHARC 系列 DSP 芯片的一个特点。 ADSP21160 共有 6 个 8bit 连接口提供额外的 I/O 服务。在 100M
9、Hz 时钟下运行时，每个连接口可达 100MB/s。连接口尤其 适合多处理器间点到点的连接。连接口可以独立地同时操作， 通过连接口的数据封装成 48/32bit 字长后，可以从片内存储区 直接被运算核读取或 DMA 传输。每一个连接口有它自己的双缓 冲 I/O 寄存器，数据传输可编程，硬件由时钟/应答握手线控制。 4 片 DSP 使用连接口实现 DSP 间两两互连。 21160 的主机接口可以很方便地与标准微处理器总线 （16/32bit）相连，几乎不需要额外硬件。主机通过 21160 的 外端口对其进行访问，存储区地址映射为统一的地址空间。4 个 DMA 通道可以用于主机接口，代码和数据传输的软件开销很 第 6 页 小，主处理器通过 HBR、HBG 和 REDY 信号线与 21160 进行通信， 主机可以对片内存储区进行直接读写。 二、开发环境 Tornado VxWorks 的开发环境是 WindRiver 公司提供的 Tornado。Tornado 采用主机-目标机开发方式，主机系统可采 用运行 Sun Solaris、HP-UX 以及 Win95/NT 的工作站或个人计 算机，VxWorks 则运行在 Intel x86、MC68K、Po