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一种基于DSP的并行信号处理系统的设计

一种基于DSP的并行信号处理系统的设计

点击数:7780 次   录入时间:03-04 11:41:52   整理:http://www.55dianzi.com   综合-其它
6个ADSP21060直接相连。
   
以上分析表明,分布式并行系统更适合于大规模并行系统,而共享总线式系统在小规模的并行处理机上可以得到较高的性能。以ADSP21060为例,当处理单元小于5时共享总线系统的效率较高;反之,分布式并行系统将更好。
3.3并行算法、任务分配和软件编程
   
并行算法的好坏主要以其并行度高低来衡量,并行算法和并行程序的设计复杂度远大于传统的串行算法和串行程序设计,他更多地依赖于处理机结构,现有的并行算法远不能满足并行处理的需要,而且目前还缺乏一种有效的并行开发系统和并行设计语言,但对于雷达信号处理这一领域来说,信号处理任务的类型基本上是确定的,这就缩小了设计者的设计范围,从而大大减少了程序设计的难度。
    采用上文所述的并行DSP作为处理单元构成的信号处理机将是完全可编程和软件可重载的,根据需要可以对不同并行子模块重新进行功能定义。算法软件以标准模块存放在DSP的RAM或ROM中,当处理单元的功能改变时,可调用相应的软件模块。
   
任务分配和调度仍是并行处理系统设计的一个难题,至今尚无实用的任务自动分配方法,而任务分配所带来的成本又太高。根据雷达信号处理固有的特点,可以将其定义成带有输入参数的软件模块,每个模块随着其输入参数的不同,其输出参数如运算时间、数据通信时间、数据通信路径都将不同。
    采用数据流全驱动的方式是将处理过程中的全部数据分割成一定大小的数据包,在每个数据包中,除了实际数据还包括有如下信息:数据包长度、处理方式、数据描述、校验码。处理方式中含有足够的处理信息,用于指示DSP或子模块如何处理此包数据,即选择多普勒滤波MTI、CFAR等。数据描述信息详细地给出了此包数据的特点,包括距离门起止号、多普勒号、通道号等。DSP接收到一个数据包后,如果此包数据的处理相对于其他数据包是独立的,他就立即进行处理,否则等待其他包数据到齐或者向其他DSP转发。
4系统的实现
   
首先估计一下单元平均恒虚警检测的运算量:整个距离(最大120 km,7 MHz采样率)数据量5.6 k个复数,1片ADSP2106X处理需要的时间大约是3.6 ms,由于相干处理周期为1 ms,因而我们在距离上分成4段,分别用4片ADSP2106X处理,这样还有0.1 ms的空闲时间。这里为了每片DSP处理数据方便,需要每段处理相互独立,因此段间要有重叠,以保证每一段CFAR的左右单元平均可以独立进行。
   
1)对于恒虚警检测的处理来说,只有2种工作方式:MTI和MTD,分别对应单元平均恒虚警检测和二维恒虚警检测。
    (2)系统内各部分均采用数据流方式驱动,数据包的格式为:先是4个字的模式控制字,然后是实际数据。每一种工作方式及相应参数由每一数据包前面的模式控制字给出,对应于模式控制字中的工作方式及参数等各共用部分,我们在所有运算单元中对其进行解释,以便转入相应的子程序。
    (3)系统初始化方式有两种,一种是EPROM加载方式,此方式有利于在整个系统调试或固定雷达工作方式后,脱开计算机进行。另一种加载方式就是通过计算机接口以Link口加载方式进行加载。为了使用时调整雷达信号处理方式,采用计算机加载方式。
4.1系统硬件
   
根据运算量和恒虚警检测所需的存储量,估计出设备量为5片DSP,如图4所示。

    由于雷达信号处理流水进行的特点,可以按处理流程将整个系统划分成若干功能块,所以拟采用分布式并行处理系统。分布式并行处理系统由标准的并行子模块构成,恒虚警检测子模块由4个单元构成,M/N检测汇总子模块为1个单元,并行子模块之间由高速通信口相连,每对通信口间数据传输速率可达40 Mb/s。所有DSP都有通信口通过电路板插座连接到外部,利用数据流格式和相应的软件配置在邻近电路板间建立数据通路,这样减少了电路板间信号耦合。
4.2软件处理及实现分析
   
程序部分完成:CFAR、幅相计算、M/N检测等功能,需要5片DSP。
   
整个距离分4段,分别在4片DSP中进行CFAR、幅相计算等处理。段间有重叠,以保证每一CFAR的左右单元平均可以独立进行。最后将4段的结果在下一片DSP进行合并、M/N检测,把目标信息后送。
    (1)CFAR,幅相计算
   
杂波图恒虚警检测的主要功能是利用相应方位的杂波图输出作为门限,对零号滤波器各距离单元进行检测。其他滤波器输出采用单元平均CFAR处理方法对每个距离单元进行检测,同一个距离门的N-1个多卜勒通道检测结果选大作为CFAR检测结果,并与杂波图检测输出经或门后作为最终检测结果。检测结果有目标输出时,保留其幅值、相位信息。
    程序流程分别从LINKX接收各自段的数据,先对数据作CFAR处理,检测到目标后,保存对应距离/多普勒单元信息,等到所有数据都处理完后,把结果通过LINKX送往下一级,主程序流程如图5所示。

    其中IRQ0是相干处理周期的起始信号,模式字的有效性通过校验码实现,高速通信口LINKX工作在DMA方式。
   
输入与输出的数据格式输入数据先是4个字的模式,接着是实、虚部交替的复数,个数同模式有关,每个复数对应一个距离/多普勒单元。CFAR检测结果格式,先是以4个字的模式,逐个字地检测到目标的个数,接着是各目标单元信息。
   
由于这一级在最不利的32点FFT情况下存储量大约为90 k个复数,所以DSP芯片选取了内存较大的ADSP21060。
    (2)汇总与M/N检测
   
这一级的汇总任务是把4段的CFAR检测结果合并到一起,只要把各段中各个目标单元依据距离门的位置加以修整,然后搬到另一处缓冲区即可。这时目标信息排列的顺序是按距离门号依次递增的,先搬整个距离段上距离门号最小的第1段,再搬第2,3,4段。
    M/N检测在相干处理周期间进行,其准则是相邻3个相干处理周期内至少有2次在同一个距离
门上检测到目标,确认为相对应距离单元上有目标输出,这时保留相应单元上最新的幅值作为检测结果。
    程序流程如图6所示。分别从LINK2,LINK3,LINK1,LINK5接收4个距离段上的检测结果,把4段的结果合并在一起,形成整个距离段完整的结果。然后和以前2次检测的结果进行M/N检测,最后把M/N检测的结果通过LINK0发往接口板。

    四段的输入数据格式相同先是4个字的模式,逐个字地检测到目标的个数,接着是各目标单元信息。存储量不大,选取了内存较小的ADSP21062。
4.3运算量、内存、通讯资源占用情况
   
CFAR检测中,包括零多卜勒通道各距离门利用相应波位的杂波图作为门限进行检

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