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基于VxWorks的多DSP系統的多任務(wù)程序設計
近年來(lái)，計算機產(chǎn)品的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣，數字信號處理器的發(fā)展表現得尤為明顯。DSP芯片制造商和DSP板開(kāi)發(fā)商利用自身的優(yōu)勢不斷開(kāi)發(fā)出多DSP結構的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足這種需求。通常的DSP設備是與嵌入式系統相結合，來(lái)實(shí)時(shí)地完成某一特定任務(wù)。隨著(zhù)信號采集速度和處理速度的要求越來(lái)越高，許多領(lǐng)域都需要進(jìn)行多處理器運算，其中包括醫學(xué)、圖像處理、軍事、工業(yè)控制、電信等許多領(lǐng)域。多處理器系統可以根據所需實(shí)現的功能和處理器的性能來(lái)調節處理結點(diǎn)的數目，使系統達到最佳的性能價(jià)格比。
實(shí)際上，只有從芯片開(kāi)始仔細設計，才能方便地實(shí)現多處理器系統的調節功能。這里選用的是AD公司新出品的SHARC級處理器ADSP21160。
ADSP21160具有很大的片內存儲區、多重內部總線(xiàn)結構、獨立的I/O子系統；具有構造多處理器系統的所有特點(diǎn)，能夠真正支持處理器數目的可調節功能，十分適合組成高性能浮點(diǎn)的多DSP系統。
VxWorks是目前世界上用戶(hù)數量最大的實(shí)時(shí)操作系統。這使它除了具有優(yōu)越的技術(shù)性能之外，還具有豐富的應用軟件支持、良好的技術(shù)服務(wù)和可靠的系統穩定性。由于它具有以上優(yōu)點(diǎn)，本系統中選用了VxWorks作為MVME167的操作系統。
一、ADSP21160的特點(diǎn)
ADSP21160 是AD公司采用超級哈佛結構的一種新產(chǎn)品。21160的匯編代碼與2106x兼容，處理器具有SIMD（單指令流多數據流）功能；而2106x只具有SISD（單指令流單數據流）功能。為了充分利用這種新的功能，一些指令做了一些改變。ADSP21160包括1個(gè)100/150MHz的運算核、雙端片內SRAM、1個(gè)支持多處理器的集成在片內的I/O處理器和多重內部總線(xiàn)以消除I/O瓶頸。
ADSP21160的匯編源代碼與2106x兼容。SIMD計算結構：2個(gè)32bit的計算單元，其中每一個(gè)單元包括乘法器、ALU、移位寄存器及寄存器文件。具有完備的與外圍設備接口功能。包括獨立的I/O處理器、4Mbit 的片內雙端SRAM、可直接連接的多處理器特性及端口（串口、連接口、外總線(xiàn)及JTAG）。
ADSP21160包括2個(gè)運算處理單元，具有SIMD功能。處理單元指的是PEX和PEY。PEX始終是有效的，而PEY的有效是通過(guò)設置MODE1寄存器中的PEYEN位來(lái)實(shí)現的。當PEY模式有效時(shí)，同一條指令在2個(gè)處理器單元中都得到執行，但每一個(gè)處理器單元中的操作數不同。
SIMD模式在存儲區和處理器單元之間的數據傳輸也是很有作用的。當使用SIMD模式，通過(guò)加倍數據帶寬來(lái)保證處理器單元的操作。在SIMD模式，當使用DAGs來(lái)傳輸數據時(shí)，存儲區每次訪(fǎng)問(wèn)所傳輸的是兩個(gè)數據值。
ADSP21160包括4Mbit的片內SRAM，分為兩塊，每一塊2Mbit�？梢远x為不同字長(cháng)的指令和數據存儲。每一個(gè)存儲塊的雙端口結構可以使存儲塊獨立地被運算核處理和I/O處理器訪(fǎng)問(wèn)。21160的存儲區最大可以容納128K的32bit數據，或256K的16bit數據，或85K的48bit指令，或其他混合字長(cháng)的數據，但總和最大為4Mbit。所有存儲區可以16、32、48、64bit字長(cháng)的字訪(fǎng)問(wèn)。 外端口支持處理器與片外存儲器及外設的接口，片外的4G地址空間屬于21160的統一地址空間。
外端口支持同步、異步及同步BURST訪(fǎng)問(wèn)。DMA控制器的操作相對處理器運算核是獨立和不可見(jiàn)的，即DMA操作可與執行指令同時(shí)進(jìn)行。DMA傳輸可以在內部存儲區與外部存儲區、外圍設備或主機之間進(jìn)行。21160共有14個(gè)DMA通道，其中：連接口(linkport)占6個(gè)；串口占4個(gè)；外端口(external port)占4個(gè)。21160可以通過(guò)DMA傳輸來(lái)下載程序，外圍異步設備也可以通過(guò)DMA請求/應答線(xiàn)來(lái)控制2個(gè)DMA通道。
21160具有許多特點(diǎn)支持多DSP系統。外端口與連接口支持多處理器系統的直接連接，外端口支持統一的地址空間，允許DSP之間互相訪(fǎng)問(wèn)。片內具有分布式總線(xiàn)仲裁邏輯，最多支持6片21160和主機連接。外端口的最大數據傳輸率為400MB/s，廣播寫(xiě)信號可以同時(shí)發(fā)送到各片21160。6個(gè)連接口提供了另一種方法實(shí)現多處理器之間的通信。連接口的最高傳輸速率為600MB/s。
整個(gè)系統基于VME總線(xiàn)。VME總線(xiàn)系統作為最早的國際通用開(kāi)放式總線(xiàn)，自1981年起，經(jīng)歷了近20年的發(fā)展。其影響不斷擴大，功能不斷完善，現已成為性能最好、應用最廣的國際總線(xiàn)標準之一。
根據設計要求，采用了4片ADSP21160。片外共享內存SRAM可以被主機和各片DSP直接訪(fǎng)問(wèn)；EPROM用來(lái)存放初始化程序和各片DSP要運行的程序，在系統上電后這些程序被下載到各片DSP中；LEDs用來(lái)顯示插件的狀態(tài)，如reset、normal等。每一片都有1個(gè)連接口連到插件的前面板，這樣前端采集來(lái)的數據就可以很方便地傳輸到多DSP上，而且也使數據的傳輸模式更加靈活。
連接口(linkport)是SHARC系列DSP芯片的一個(gè)特點(diǎn)。ADSP21160共有6個(gè)8bit連接口提供額外的I/O服務(wù)。在100MHz時(shí)鐘下運行時(shí)，每個(gè)連接口可達100MB/s。連接口尤其適合多處理器間點(diǎn)到點(diǎn)的連接。連接口可以獨立地同時(shí)操作，通過(guò)連接口的數據封裝成48/32bit字長(cháng)后，可以從片內存儲區直接被運算核讀取或DMA傳輸。每一個(gè)連接口有它自己的雙緩沖I/O寄存器，數據傳輸可編程，硬件由時(shí)鐘/應答握手線(xiàn)控制。4片DSP使用連接口實(shí)現DSP間兩兩互連。
21160的主機接口可以很方便地與標準微處理器總線(xiàn)（16/32bit）相連，幾乎不需要額外硬件。主機通過(guò)21160的外端口對其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，存儲區地址映射為統一的地址空間。4個(gè)DMA通道可以用于主機接口，代碼和數據傳輸的軟件開(kāi)銷(xiāo)很小，主處理器通過(guò)H
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