一種新型DSP（TS101）中的鏈路DMA
關(guān)鍵詞：TS101；鏈路DMA；TCB；轉(zhuǎn)發(fā)
１ 引言
雷達(dá)處理過(guò)程中大量復(fù)雜信號(hào)的處理算法要求信號(hào)處理機(jī)具有每秒超過(guò)百億次的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，如此高的速度在目前的技術(shù)條件下無(wú)法用單片ＤＳＰ實(shí)現(xiàn)，需要采用多片并行處理技術(shù)才能滿足處理速度的需求。ＴＳ１０１處理器是Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ公司推出的一種新型高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理芯片（ＤＳＰ），其峰值運(yùn)算能力可達(dá)１８億次／秒。ＴＳ１０１采用改進(jìn)的靜態(tài)超標(biāo)量流水結(jié)構(gòu)，適用于構(gòu)成各種不同的并行多處理器系統(tǒng)，
可以較好的滿足雷達(dá)信號(hào)處理的要求。在多片ＤＳＰ組成的并行系統(tǒng)中，鏈路口應(yīng)用得到了越來(lái)越多的重視，各ＤＳＰ間可通過(guò)鏈路口互連解決多處理器之間共同占用總線所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通信瓶頸問(wèn)題，增強(qiáng)處理器之間的通信能力。鏈路ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）是在處理器內(nèi)核不干預(yù)情況下的后臺(tái)高速數(shù)據(jù)傳送機(jī)制，其傳輸方式靈活，不占用內(nèi)核的處理時(shí)間，因而在雷達(dá)信號(hào)的并行實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中尤為重要。本文對(duì)ＴＳ１０１中鏈路口的ＤＭＡ傳輸方式進(jìn)行了探討。
２ ＴＳ１０１的鏈路口及鏈路ＤＭＡ傳輸
２．１ 鏈路口
ＴＳ１０１是高性能１２８ｂｉｔ浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ?ＤＳＰ）?有四個(gè)鏈路口。每個(gè)鏈路口由發(fā)送器和接收器兩部分組成，每部分都有一個(gè)１２８ｂｉｔ的移位寄存器和一個(gè)１２８ｂｉｔ的緩沖寄存器，其結(jié)構(gòu)如圖１所示。每個(gè)鏈路口均有８ｂｉｔ數(shù)據(jù)線和ＬｘＣＬＫＩＮ、ＬｘＣＬＫＯＵＴ和ＬｘＤＩＲ（ｘ為鏈路口序號(hào)０～３）三個(gè)控制引腳，可支持多片ＴＳ１０１處理器間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙向數(shù)據(jù)傳送。其中ＬｘＤＩＲ 用來(lái)指示鏈路口的數(shù)據(jù)流向。ＬｘＣＬＫＩＮ和ＬｘＣＬＫＯＵＴ為鏈路口的時(shí)鐘／確認(rèn)握手信號(hào)。數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，ＬｘＣＬＫＯＵＴ為時(shí)鐘信號(hào)，ＬｘＣＬＫＩＮ為確認(rèn)信號(hào)；數(shù)據(jù)接收時(shí)，ＬｘＣＬＫＩＮ為時(shí)鐘信號(hào)，ＬｘＣＬＫＯＵＴ為確認(rèn)信號(hào)。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先傳輸四字?jǐn)?shù)據(jù)到鏈路發(fā)送緩沖寄存器ＬＢＵＦＴｘ，再將其復(fù)制到移位寄存器（若移位寄存器為空，此時(shí)ＬＢＵＦＴｘ可被寫入新的數(shù)據(jù)），然后以字節(jié)的形式發(fā)送出去（先發(fā)送低字節(jié)），每個(gè)字節(jié)在鏈路時(shí)鐘的上升沿和下降沿被驅(qū)動(dòng)和鎖存（ＳＨＡＲＣ系列ＤＳＰ只在一個(gè)時(shí)鐘沿驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)）。接收器的移位寄存器為空時(shí)，系統(tǒng)將開始接收發(fā)送方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并將其送入移位寄存器，同時(shí)驅(qū)動(dòng)ＬｘＣＬＫＯＵＴ為低。當(dāng)整個(gè)四字到齊后，如果接收緩沖寄存器ＬＢＵＦＲｘ為空，系統(tǒng)會(huì)將四字?jǐn)?shù)據(jù)從移位寄存器復(fù)制到ＬＢＵＦＲｘ，并在數(shù)據(jù)被取走后驅(qū)動(dòng)其ＬｘＣＬＫＯＵＴ為高，以告訴發(fā)送方接收緩沖寄存器為空，可以準(zhǔn)備接收新數(shù)據(jù)。發(fā)送方檢測(cè)到ＬｘＣＬＫＩＮ為高后立即進(jìn)行下一次傳輸。所有的鏈路口都可用于ＴＳ１０１處理器的引導(dǎo)（ＳＨＡＲＣ系列只固定某個(gè)鏈路口引導(dǎo)）。然而應(yīng)當(dāng)注意：ＴＳ１０１處理器的鏈路口與ＳＨＡＲＣ系列的ＤＳＰ是不兼容的。
２．２ 鏈路ＤＭＡ
鏈路ＤＭＡ是在處理器內(nèi)核不干預(yù)的情況下，后臺(tái)通過(guò)鏈路口高速傳送數(shù)據(jù)的一種機(jī)制。ＴＳ１０１有４個(gè)鏈路口，每個(gè)鏈路口有兩個(gè)ＤＭＡ通道（一個(gè)接收ＤＭＡ通道和一個(gè)發(fā)送ＤＭＡ通道），圖２所示是ＴＳ１０１中ＤＭＡ控制器的示意圖。利用ＴＳ１０１的片上ＤＭＡ控制器能通過(guò)８?jìng)€(gè)專用的鏈路ＤＭＡ通道進(jìn)行各處理器間多種類型的ＤＭＡ傳輸。
要利用鏈路ＤＭＡ在各ＴＳ１０１處理器之間進(jìn)行通信，必須對(duì)鏈路口及其ＤＭＡ寄存器進(jìn)行正確的設(shè)置。其一般過(guò)程為：設(shè)置鏈路控制寄存器ＬＣＴＬｘ（ＳＨＡＲＣ系列ＤＳＰ一旦設(shè)置該寄存器就啟動(dòng)ＤＭＡ）使能鏈路口ｘ接收或發(fā)送，寫鏈路ＤＭＡ的發(fā)送或接收ＴＣＢ（傳輸控制塊）寄存器ＤＣｙ（其中ｙ＝４～１１，當(dāng)ｙ＝４～７時(shí)，
ＤＣｙ分別為鏈路口０～３的發(fā)送ＤＭＡ通道ＴＣＢ寄存器，當(dāng)ｙ＝８～１１時(shí)，ＤＣｙ分別為鏈路口０～３的接收ＤＭＡ通道ＴＣＢ寄存器），同時(shí)啟動(dòng)ＤＭＡ。ＴＣＢ寄存器是一個(gè)１２８位的寄存器，它包括四個(gè)３２位寄存器，分別為ＤＩ、ＤＸ、ＤＹ和ＤＰ，ＤＩ是傳輸數(shù)據(jù)的起始地址；ＤＸ包括兩個(gè)１６位寄存器：地址修正寄存器和傳輸數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)寄存器；ＤＹ與ＤＸ寄存器相同，可用于二維ＤＭＡ，在一維ＤＭＡ傳輸時(shí)，可將其設(shè)置為零；ＤＰ用于控制ＤＭＡ傳輸方式。鏈路ＤＭＡ傳輸可由ＴＣＢ ＤＰ寄存器的ＴＹ域定義。ＤＭＡ數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的鏈路ＤＭＡ中斷。如果該中斷沒有被屏蔽，也可以進(jìn)入中斷服務(wù)程序（其入口地址存放在中斷向量寄存器ＩＶＤＭＡｙ中）以完成其它功能。
鏈路ＤＭＡ傳輸主要有以下兩種形式：
（１） 鏈路口與內(nèi)／外部存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸
從鏈路口向內(nèi)／外部存儲(chǔ)器傳送數(shù)據(jù)，實(shí)際上是在鏈路口接收數(shù)據(jù)，再把接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)部或外部存儲(chǔ)器中。因此必須編程接收ＴＣＢ塊。一旦ＤＳＰ的鏈路口接收到數(shù)據(jù)，它將請(qǐng)求內(nèi)部總線啟動(dòng)一個(gè)ＤＭＡ傳輸。
從內(nèi)／外部存儲(chǔ)器向鏈路口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)際上是鏈路口從內(nèi)部或外部存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)由鏈路口發(fā)送出去。因此必須編程發(fā)送ＴＣＢ塊。ＤＭＡ啟動(dòng)后，一旦鏈路緩沖器不滿，它將向內(nèi)部或外部存儲(chǔ)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)。這時(shí)，如果ＤＭＡ可以占用內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)總線，那么，系統(tǒng)便可將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器傳送到鏈路口并發(fā)送出去。
接收（發(fā)送）ＴＣＢ的程序配置將在本文稍后進(jìn)行說(shuō)明。
（２）從一個(gè)鏈路口向另一鏈路口傳輸數(shù)據(jù)
通常，ＳＨＡＲＣ系列的ＤＳＰ用鏈路口傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送和接收鏈路口分別在兩個(gè)ＤＳＰ上。其中作為發(fā)送方的鏈路口編程發(fā)送ＴＣＢ，作為接收方的鏈路口編程接收ＴＣＢ。但對(duì)ＴＳ１０１而言，發(fā)送和接收鏈路口可以設(shè)在同一片ＤＳＰ上，從一個(gè)鏈路口向另一個(gè)鏈路口傳送數(shù)據(jù)時(shí)，如鏈路口ａ把接收的數(shù)據(jù)送向鏈路口ｂ。應(yīng)把ａ的接收ＴＣＢ寄存器的ＤＩ設(shè)置成ｂ的鏈路發(fā)送緩沖寄存器的存儲(chǔ)器映射地址，再把ＤＸ設(shè)置成０。ａ收到數(shù)據(jù)后，由ＤＭＡ請(qǐng)求內(nèi)部總線開始傳輸，將數(shù)據(jù)從請(qǐng)求ＤＭＡ服務(wù)的鏈路口ａ傳送到鏈路口ｂ。這種鏈路口間的數(shù)據(jù)傳送方式大大減輕了片內(nèi)存儲(chǔ)器的負(fù)擔(dān)，因?yàn)樗徽加弥虚g節(jié)點(diǎn)處理器的片內(nèi)存儲(chǔ)資源就把數(shù)據(jù)傳送出去了，這種ＴＳ１０１特有的鏈路傳輸方式比ＳＨＡＲＣ系列ＤＳＰ應(yīng)用更靈活。如果鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在內(nèi)存中不是一段數(shù)據(jù)，而是多段數(shù)據(jù)，也可以用鏈?zhǔn)剑模停粱蚨SＤＭＡ進(jìn)行傳輸，限于篇幅，本文不作詳述。
２．３ 鏈路ＤＭＡ程序舉例
下面給出鏈路口與內(nèi)部存儲(chǔ)器之間進(jìn)行ＤＭＡ傳輸?shù)膮?shù)設(shè)置及傳輸過(guò)程。該程序段先讓數(shù)據(jù)從鏈路口０傳送到內(nèi)部存儲(chǔ)器，等傳完后，再把數(shù)據(jù)從內(nèi)部存儲(chǔ)器傳送到鏈路口０的ＤＭＡ。其系統(tǒng)連接方式如圖３所示。
．ｓｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ；
……………… ／／ 設(shè)置ＩＭＡＳＫ寄存器，打開或關(guān)閉相應(yīng)中斷
ｊ０ ＝ ｊ３１＋_ｄｍａ_ｉｎｔ;; ／／ ｄｍａ ｉｎｔ為中斷服務(wù)程序入口
ＩＶＤＭＡ４ ＝ ｊ０;; ／／ 如需要應(yīng)用ＤＭＡ完成中斷，則設(shè)置ＤＭＡ中斷矢量寄存器，存放
ＩＶＤＭＡ８ ＝ ｊ０;; ／／ 中斷服務(wù)程序入口地址，ＩＭＡＳＫ中也應(yīng)打開相應(yīng)ＤＭＡ中斷
ｘｒ８ ＝ Ｎ;； ／／ 傳輸數(shù)據(jù)值
ｘｒ９ ＝ ｌｓｈｉｆｔ ｒ８ ｂｙ １６;;
ｘｒ１０ ＝ ４;; ／／ 步長(zhǎng)
ｘｒ４ ＝ｌｉｎｋ_ｄａｔａ_ｒｘ;; ／／目的地址
ｘｒ５ ＝ ｒ９ ｏｒ ｒ１０;; ／／ ００００００００００１００００００００００００００００００１００
ｘｒ６ ＝ ０ｘ００００００００;; ／／非二維ＤＭＡ，設(shè)為零
ｘｒ７ ＝ ０ｘ４７００００００;; ／／ 設(shè)為內(nèi)部存儲(chǔ)器與鏈路口之間的傳輸
ｘｒ０ ＝ ０ｘ０００００４ＤＡ??
ＬＣＴＬ０ ＝ ｘｒ０;; ／／ 設(shè)置ｌｉｎｋ０控制位,始能鏈路的接收和發(fā)送，同時(shí)清空鏈路緩沖
ＤＣ８ ＝ ｘｒ７:４;; ／／ 啟動(dòng) Ｌｉｎｋ０接收ＤＭＡ通道８
ｉｄｌｅ;; ／／ 等候中斷
ｘｒ４ ＝ ｌｉｎｋ_ｄａｔａ_ｒｘ;; ／／ ｘｒ４：內(nèi)部存儲(chǔ)器中的源指針
ＤＣ４ ＝ ｘｒ７:４;; ／／ 啟動(dòng)Ｌｉｎｋ０發(fā)送ＤＭＡ通道４
ｉｄｌｅ;; ／／ 等中斷
…………
３ 鏈路口ＤＭＡ的應(yīng)用
以下以某雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)為例，具體講述鏈路口轉(zhuǎn)發(fā)功能的應(yīng)用，其系統(tǒng)框圖如圖４所示。
３．１ 硬件設(shè)計(jì)
雷達(dá)信號(hào)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性要求處理系統(tǒng)應(yīng)具有較高的數(shù)據(jù)處理能力。所以設(shè)計(jì)時(shí)采用多片ＤＳＰ來(lái)構(gòu)成并行處理系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)為了保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力，采用了數(shù)據(jù)入口和出口分開的方法，并選用ＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣ系列ＤＳＰ ＴＳ１０１作為處理系統(tǒng)的核心單元，系統(tǒng)中的各ＤＳＰ分別用于接收處理位于不同時(shí)間段的雷達(dá)回波信號(hào)。為了使各ＤＳＰ協(xié)調(diào)工作，ＤＳＰ之間的通信是必不可少的，本系統(tǒng)采用共享總線的分布式結(jié)構(gòu)使各ＤＳＰ之間可采用多種途徑進(jìn)行通信。其系統(tǒng)框圖如圖４所示，這里只對(duì)“母板模塊”鏈路的應(yīng)用進(jìn)行詳述。
為了信號(hào)處理板的通用性和靈活性，設(shè)計(jì)時(shí)用四片ＤＳＰ組成共享總線結(jié)構(gòu)子板。各ＤＳＰ間用鏈路口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)環(huán)形相連，并將各信號(hào)線通過(guò)ＰＭＣ插槽引出與母板通信，圖５是其硬件框圖。母板上放置兩塊子板，兩塊子板用子板各ＤＳＰ剩下的鏈路（ＴＳ１０１有四個(gè)鏈路口）互連，留出一個(gè)鏈路口以備它用?與定時(shí)接口板和ＡＤ板通信?。母板用ＣＰＬＤ進(jìn)行邏輯控制，并用ＦＩＦＯ進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖。Ａ子板以中斷觸發(fā)方式輪流接收ＡＤ采樣數(shù)據(jù)，４片ＤＳＰ以輪轉(zhuǎn)方式對(duì)每個(gè)發(fā)射脈沖的回波信號(hào)進(jìn)行脈壓處理。由于前端ＡＤ送來(lái)的數(shù)據(jù)頻繁占用總線，因此鏈路口間的ＤＭＡ傳送為各ＤＳＰ間的通信提供了極大的方便。由于系統(tǒng)處理時(shí)間限制，Ａ子板上各ＤＳＰ需將每個(gè)脈沖脈壓后的結(jié)果按時(shí)間分成四段，并通過(guò)鏈路口送往Ｂ子板中的各個(gè)ＤＳＰ，Ｂ子板各ＤＳＰ集齊所需處理的脈沖數(shù)后會(huì)同時(shí)完成各距離門的ＭＴＤ處理。由于本系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量比較大，在兩塊子板間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，不希望增大每個(gè)鏈路傳輸?shù)膲毫Γㄒ裕粒睘槔?，不希望Ａ１將?shù)據(jù)全部傳送到Ｂ１，再由Ｂ１分發(fā)給Ｂ２、Ｂ３和Ｂ４），轉(zhuǎn)而借助不同的ＤＳＰ將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到Ｂ子板各ＤＳＰ（仍以Ａ１為例，它處理的各脈沖的前兩段一部分經(jīng)Ｂ２轉(zhuǎn)發(fā)給Ｂ１，一部分留給Ｂ１；第三段經(jīng)Ａ４轉(zhuǎn)發(fā)給Ｂ３，第四段經(jīng)Ａ２轉(zhuǎn)發(fā)給Ｂ４）。此時(shí)，利用鏈路口的轉(zhuǎn)發(fā)功能，數(shù)據(jù)包就可在該網(wǎng)絡(luò)狀多ＤＳＰ系統(tǒng)中不間斷地傳輸，而不占用中間ＤＳＰ節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)器資源，從而減輕了鏈路壓力，同時(shí)也為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)時(shí)性提供了保障。
３．２ 軟件設(shè)計(jì)
以Ａ１經(jīng)Ｂ２轉(zhuǎn)發(fā)到Ｂ１為例，假設(shè)Ａ１的鏈路口１與Ｂ２的鏈路口２相連，Ｂ２的鏈路口３與Ｂ１的鏈路口０相連（此處鏈路連接方法只為說(shuō)明鏈路轉(zhuǎn)發(fā)程序的設(shè)置，實(shí)際系統(tǒng)中此種方法的編程十分復(fù)雜）。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，由Ａ１設(shè)置發(fā)送ＴＣＢ寄存器，啟動(dòng)內(nèi)部存儲(chǔ)器到鏈路口的ＤＭＡ，然后通過(guò)ＤＭＡ通道５發(fā)送數(shù)據(jù)；由Ｂ１設(shè)置接收ＴＣＢ寄存器，并啟動(dòng)鏈路口到內(nèi)部存儲(chǔ)器的ＤＭＡ，并通過(guò)ＤＭＡ通道８接收數(shù)據(jù)；Ｂ２只需設(shè)置接收ＴＣＢ寄存器，同時(shí)啟動(dòng)鏈路口到鏈路口之間的ＤＭＡ，通過(guò)ＤＭＡ通道１０接收Ａ１傳出的數(shù)據(jù)。此時(shí)要注意的是，Ｂ２的ＴＣＢ寄存器的ＤＩ域必須指向Ｂ２鏈路口３的鏈路發(fā)送緩沖寄存器在存儲(chǔ)器中的映射地址（０ｘ１８０４Ｂ８），并將ＤＸ域設(shè)置為零，將ＤＰ的ＴＹ域設(shè)為００１。
圖5
另外，在ＤＭＡ的傳送過(guò)程中，接收ＤＳＰ ＤＭＡ通道不能比發(fā)送ＤＳＰ ＤＭＡ通道晚打開一定的時(shí)鐘周期，否則會(huì)出現(xiàn)丟數(shù)或錯(cuò)數(shù)。為避免出現(xiàn)此種現(xiàn)象，可利用Ｂ２的鏈路口２中斷啟動(dòng)Ｂ２的ＤＭＡ。具體方法如下?先由Ａ１啟動(dòng)ＤＭＡ，當(dāng)Ｂ２的鏈路口２的接收緩沖寄存器收到前端發(fā)來(lái)的四字?jǐn)?shù)據(jù)后產(chǎn)生鏈路口中斷并進(jìn)入中斷服務(wù)程序，再在中斷服務(wù)程序中寫通道１０的ＴＣＢ寄存器，同時(shí)啟動(dòng)接收ＤＭＡ，當(dāng)ＤＭＡ通道１０激活后，鏈路口２中斷消失，接著再應(yīng)用ＤＭＡ中斷服務(wù)程序清空鏈路緩沖，以便下一處理周期能夠應(yīng)用該中斷，從而正確接收數(shù)據(jù)。
４ 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了ＴＳ１０１的鏈路口及鏈路ＤＭＡ傳輸，闡述了鏈路ＤＭＡ的設(shè)置，同時(shí)結(jié)合實(shí)例說(shuō)明了其特有的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)功能和應(yīng)用方法。工程實(shí)踐表明：在并行多ＴＳ１０１系統(tǒng)中，充分利用鏈路口特性可保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性，同時(shí)又可以解決多處理器之間共用總線所產(chǎn)生的Ｉ／Ｏ瓶頸問(wèn)題，因此，增強(qiáng)了各處理器間的通信能力，提高了系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。
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