DSP并行處理在剖面聲納系統
加入技術交流群
并行處理時左端DSP負責接收數據，右端主DSP通過HPI接口讀取左端DSP的內部數據及外部SDRAM的數據，同時左右兩端的DSP通過雙端口FIFO進行數據交換、郵箱信息傳遞等。為了保證信號處理時左右兩端DSP的負載平衡，系統將剖面聲納系統需要處理的任務進行劃分：多波束剖面聲納信號處理需要將9路波束數據(每路7 500點16bit)進行FFT、頻域波束形成、頻域相關算法、IFFT、時域FIR濾波、時域加權壓制旁瓣等算法處理。如果TI DSP所采用的指令，其“取指”、“分析”、“執行”三大操作步驟采用流水線工作流程，則可以利用多個任務在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套設備上的不同運算單元，來加快系統的計算速度，流水線的并行執行大大降低了整個系統任務的執行時間。為了保證兩個DSP的負載平衡，使系統工作時流水線并行處理板能夠真正地以流水線的形式并行處理剖面的數據，將每塊并行處理板內任務進行了劃分。系統單個DSP負載的劃分如圖3所示。
基于IP網路互連通路，本文設計了板間的基于IP互連的并行處理結構。
多波束剖面聲納系統的每塊DSP處理板內部并行針對15ms的采集時間可以達到10幀/秒的數據處理速度，基本上可以達到顯示需求。但如果系統要求更長的探測距離、更多的數據量和更高的顯示幀率，則需要并行處理板具有更高的數據吞吐能力。如顯示部分要求20幀/秒的顯示速度時，就應當使系統的處理速度達到20幀/秒。普通的并行處理結構增加系統的處理單元時需要做大量的輔助工作，如電子系統的程序、邏輯以及電路板需要大量的改進，而基于IP互連的多波束剖面聲納系統的網絡結構在增加系統的處理速度時，只需物理上增加一塊相同的處理板，且板上的邏輯和程序無需太多修改，只需要修改板上對應的IP地址，使接收換能器數據發送端能夠一點對二點分別發送分幀數據。而網絡數據發送端只需在每一幀的數據包的包頭上標明發往哪個IP地址即可。系統上電后，先檢測局域網內的IP數目，并通過發包回包方式獲得系統中各個處理板的IP地址，也可以實現在板上的程序中固定IP地址。這樣數據發送端的網絡設備就可以循環地將每一幀的數據發往不同的處理板，而系統的處理板分別處理每幀的數據再通過網絡分別上傳到水上主機端顯示，從而線性地提高了系統的處理速度。
圖5詳細闡述了1～3塊處理板組成的基于IP網絡傳輸的并行處理板的系統處理流程。利用每塊處理板上的兩塊TMS320 DM642的網絡接口以及DSP的高速處理能力，能夠很好地實現基于IP互連網絡傳輸的并行處理，接收換能器的網絡發送端以服務器形式向不同的IP地址發送每一幀數據，每塊處理板接收的每幀數據分別處理后再由另一端口通過網絡形式發送到水上主機端。為防止每塊處理板上的兩塊DSP的網絡IP混淆，采用相同的IP地址，數據上傳時主機通過路由器接收不同處理板的處理結果，并按照幀率進行顯示，這樣就可以通過增加處理板來增加系統的顯示處理速度。
參考文獻
[1] 蔣立軍，杜文萍. 海底淺地層剖面聲納的數字信號處理[G]//中國聲學學會.1999年青年學術會議[CYCA’99]論文集,1999.
[2] 李家彪.多波束勘探原理技術與方法[M].北京：海洋出版社，1999.
[3] 王潤田. 海底聲學探測與底質識別技術的新進展[J]. 聲學技術.2002，21（1-2）：96-98.
[4] CHANGLE F. Digital chirp sonar system software[J]. Sea Technology, 1998,39（10）：71-75.
[5] 徐甲同.李學干.并行處理技術[M].西安.西安電子科技大學出版社，1999.
[6] LEBLANC S S G, SOURCE L R. Some applications of the chirp sonar[C]. Conference Proceedings-Oceans’90.New York： Oceans,1990：69-75.
評論