基于DSP和FPGA的并行处理系统硬件设计

数字信号处理技术已广泛应用于通信、雷达、声纳、遥感、图形图像处理和 语音处理等领域，对于越来越复杂的二维、三维甚至四维的图像处理，需要处理 系统能够运行复杂的算法。对于通信、雷达等高端设备需要在极短的时间内完成 信号的处理分析，对处理器性能要求越来越高，例如语音算法需要每秒完成几千 万到几亿次运算，视频和图像算法需要每秒完成几亿到几十亿次运算，而雷达信 号的处理算法更需要每秒完成几十亿到几百亿次运算 [1] 。这些算法复杂度高、实 时性强，而且部分算法必须采用浮点运算才能完成，因此需要设计具有较强通用 性的高速实时信号处理平台实现这些算法。 单核 DSP 依靠工艺的改进提升处理性能，而单核芯片的集成度提高受以下 因素的制约：物理极限的制约、按几何级数递增的制作成本、芯片处理能力对功 耗、散热、线延迟的要求等，从而使得单核处理器性能提高产生了瓶颈。为了更 好地满足信号处理系统对处理速度、处理精度和动态范围等参数的要求，多处理 器并行处理系统的设计成为必要。传统的并行系统的设计包括早期的总线资源丰 富的 DSP 基于总线分时共享的紧耦合式互连方案，再者是基于高速串行接口松 耦合方式互连的多个单核 DSP 处理系统，从处理性能上分析前者不仅局限于早 期处理器 内核频率，而且总线的分时复用也会降低处理器间的通信速率，而后者 处理器集成适合互连的高速串口资源，并且内核频率达到 1.25GHz，能够实现一 定处理性能的并行系统，由于是单核处理器，若要实现更强的处理能力，需要集 成大量 DSP 芯片，占用较大的板卡面积，可行性和实用性都较差。新的功能强 劲的高性能多核数字信号处理器相继推出，如 TI 的 C64x+、C66x 系列 DSP、飞 思卡尔的 MSC815x、825x 系列，以高性能多核处理器为核心基于高速串口的松 耦合互连并行处理系统的设计，将会广泛应用于各种信号处理的相关领域，并且 会具有很高的研究价值和应用前景。