DSP并行處理在剖面聲納系統(tǒng)

作者：時間：2009-07-07 來源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/258004.htm
并行處理時左端DSP負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，右端主DSP通過HPI接口讀取左端DSP的內(nèi)部數(shù)據(jù)及外部SDRAM的數(shù)據(jù)，同時左右兩端的DSP通過雙端口FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)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(fù)載平衡，系統(tǒng)將剖面聲納系統(tǒng)需要處理的任務(wù)進(jìn)行劃分：多波束剖面聲納信號處理需要將9路波束數(shù)據(jù)(每路7 500點16bit)進(jìn)行FFT、頻域波束形成、頻域相關(guān)算法、IFFT、時域FIR濾波、時域加權(quán)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(zhí)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(wù)在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套設(shè)備上的不同運算單元，來加快系統(tǒng)的計算速度，流水線的并行執(zhí)行大大降低了整個系統(tǒng)任務(wù)的執(zhí)行時間。為了保證兩個DSP的負(fù)載平衡，使系統(tǒng)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(shù)據(jù)，將每塊并行處理板內(nèi)任務(wù)進(jìn)行了劃分。系統(tǒng)單個DSP負(fù)載的劃分如圖3所示。

以1秒鐘單板實現(xiàn)5幀數(shù)據(jù)顯示為例，將系統(tǒng)任務(wù)細(xì)分成時間相等的幾個子過程，分配給處理板各個部件流水執(zhí)行。流水線的最大吞吐率取決于子過程所經(jīng)過的時間，該時間越小，流水線的最大吞吐率越高。系統(tǒng)流水處理的時間-空間圖如圖4所示。

2.2 板間基于IP互連的并行處理

基于IP網(wǎng)路互連通路，本文設(shè)計了板間的基于IP互連的并行處理結(jié)構(gòu)。

多波束剖面聲納系統(tǒng)的每塊DSP處理板內(nèi)部并行針對15ms的采集時間可以達(dá)到10幀/秒的數(shù)據(jù)處理速度，基本上可以達(dá)到顯示需求。但如果系統(tǒng)要求更長的探測距離、更多的數(shù)據(jù)量和更高的顯示幀率，則需要并行處理板具有更高的數(shù)據(jù)吞吐能力。如顯示部分要求20幀/秒的顯示速度時，就應(yīng)當(dāng)使系統(tǒng)的處理速度達(dá)到20幀/秒。普通的并行處理結(jié)構(gòu)增加系統(tǒng)的處理單元時需要做大量的輔助工作，如電子系統(tǒng)的程序、邏輯以及電路板需要大量的改進(jìn)，而基于IP互連的多波束剖面聲納系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在增加系統(tǒng)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(yīng)的IP地址，使接收換能器數(shù)據(jù)發(fā)送端能夠一點對二點分別發(fā)送分幀數(shù)據(jù)。而網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送端只需在每一幀的數(shù)據(jù)包的包頭上標(biāo)明發(fā)往哪個IP地址即可。系統(tǒng)上電后，先檢測局域網(wǎng)內(nèi)的IP數(shù)目，并通過發(fā)包回包方式獲得系統(tǒng)中各個處理板的IP地址，也可以實現(xiàn)在板上的程序中固定IP地址。這樣數(shù)據(jù)發(fā)送端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就可以循環(huán)地將每一幀的數(shù)據(jù)發(fā)往不同的處理板，而系統(tǒng)的處理板分別處理每幀的數(shù)據(jù)再通過網(wǎng)絡(luò)分別上傳到水上主機(jī)端顯示，從而線性地提高了系統(tǒng)的處理速度。

圖5詳細(xì)闡述了1～3塊處理板組成的基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟⑿刑幚戆宓南到y(tǒng)處理流程。利用每塊處理板上的兩塊TMS320 DM642的網(wǎng)絡(luò)接口以及DSP的高速處理能力，能夠很好地實現(xiàn)基于IP互連網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟⑿刑幚?，接收換能器的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送端以服務(wù)器形式向不同的IP地址發(fā)送每一幀數(shù)據(jù)，每塊處理板接收的每幀數(shù)據(jù)分別處理后再由另一端口通過網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)送到水上主機(jī)端。為防止每塊處理板上的兩塊DSP的網(wǎng)絡(luò)IP混淆，采用相同的IP地址，數(shù)據(jù)上傳時主機(jī)通過路由器接收不同處理板的處理結(jié)果，并按照幀率進(jìn)行顯示，這樣就可以通過增加處理板來增加系統(tǒng)的顯示處理速度。

基于DSP并行處理結(jié)構(gòu)的多波束剖面聲納系統(tǒng)是利用剖面聲納從淺海、淺地層剖面結(jié)構(gòu)分析到海洋石油管線探測以及從以往利用單波束剖面聲納到現(xiàn)在利用多波束剖面聲納的一次新的嘗試，結(jié)合工程應(yīng)用改進(jìn)了聲納的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)中提出的流水線并行處理結(jié)構(gòu)以及基于IP網(wǎng)絡(luò)互連的并行處理結(jié)構(gòu)成倍地提高了系統(tǒng)的處理速度。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、工作穩(wěn)定、工作效果明顯。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 蔣立軍，杜文萍. 海底淺地層剖面聲納的數(shù)字信號處理[G]//中國聲學(xué)學(xué)會.1999年青年學(xué)術(shù)會議[CYCA’99]論文集,1999.

　　[2] 李家彪.多波束勘探原理技術(shù)與方法[M].北京：海洋出版社，1999.

　　[3] 王潤田. 海底聲學(xué)探測與底質(zhì)識別技術(shù)的新進(jìn)展[J]. 聲學(xué)技術(shù).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(xué)干.并行處理技術(shù)[M].西安.西安電子科技大學(xué)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.