圖像壓縮技術(shù)在現(xiàn)代生活中的地位越來越重要，隨著現(xiàn)在的DSP處理數(shù)據(jù)速度的提高，對傳統(tǒng)的圖像壓縮而言，單片DSP即可達(dá)到很好的效果。但由于信息量的增長，尤其是高清晰度等概念的提出，系統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)能力也需要提高，尤其是要求實(shí)時(shí)圖像壓縮編碼時(shí)，單片DSP無法勝任這樣的工作，即使是專用芯片也無法達(dá)到相應(yīng)的要求。近十年來DSP技術(shù)飛速發(fā)展，在DSP主頻得到重大突破的同時(shí)，其并行技術(shù)和外部通信技術(shù)也得到了很大的提高。現(xiàn)在各大DSP 廠商所生產(chǎn)的DSP都在數(shù)據(jù)級和指令級上實(shí)現(xiàn)了不同的并行技術(shù)，如TI公司的TMS320 C64XX系列和ADI公司的Tiger SHARC系列芯片。本文主要介紹的是采用ADI公司的ADSP-TS201S芯片實(shí)現(xiàn)的多DSP系統(tǒng)。
　　ADSP-TS201S的并行技術(shù)
　　ADSP-TS201S芯片是ADI公司在2004年推出的一款芯片，具有600MHz的時(shí)鐘頻率，1.67ns的指令周期。ADSP- TS201S芯片通過外部口（External Port）和鏈路口（Link Ports）兩種接口技術(shù)對多處理器提供了有力的支持，這種多處理能力有以下特性：
　　·同一條通用總線支持多達(dá)8片DSP同時(shí)工作；
　　·提供多處理器的分布式總線仲裁邏輯，實(shí)現(xiàn)多處理器的無縫連接；
　　·用Link port 實(shí)現(xiàn)多處理器間的高速點(diǎn)對點(diǎn)通信。
　　External Port提供了一個(gè)統(tǒng)一的地址空間，這個(gè)地址空間可以讓每個(gè)處理器直接訪問ADSP-TS201S芯片內(nèi)部的內(nèi)存和寄存器。該DSP的分布式總線仲裁邏輯可實(shí)現(xiàn)多處理器的無縫連接，并且支持多達(dá)八片ADSP-TS201S芯片和一片主處理器同時(shí)工作。仲裁邏輯還可以防止一個(gè)處理器占用外部總線時(shí)間過長。
　　ADSP-TS201S芯片的四個(gè)Link Ports端口是多處理器方案的另一條實(shí)現(xiàn)路徑，Link Ports支持處理器間高達(dá)4GB每秒的數(shù)據(jù)傳輸速率，每條總線也提供1GB每秒的速率，也就是說四條總線總共提供4.87GB每秒的處理器間通信帶寬。
　　共享存儲并行DSP系統(tǒng)
　　根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，多處理器并行系統(tǒng)可以分為分布式并行DSP系統(tǒng)和共享存儲器式并行DSP系統(tǒng)，ADSP-TS201S 均支持這兩種并行處理器結(jié)構(gòu)。常見的共享存儲并行DSP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　共享存儲并行DSP系統(tǒng)的優(yōu)勢：由于它采用共享存儲結(jié)構(gòu)，所以比較節(jié)省存儲資源。其次，共享總線節(jié)省了總線資源，可以提高系統(tǒng)的資源使用率。最后，也是最主要的，它采用主從式協(xié)同工作，使得各處理器分工明確，便于實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。
　　然而考慮到圖像編解碼時(shí)，完全共享存儲和總線往往會引起系統(tǒng)資源緊缺，而且在要求大量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理（如對高清圖像、視頻編解碼）時(shí)，完全共享存儲不能勝任。同時(shí)，采用DSP作為主控制器，不便于以后的系統(tǒng)升級和維護(hù)。最后，單一的共享存儲式結(jié)構(gòu)在DSP之間的通信方面明顯不如分布式。下文介紹的基于FPGA的改進(jìn)共享存儲并行DSP系統(tǒng)，更好的發(fā)揮了共享存儲并行DSP系統(tǒng)的優(yōu)勢，同時(shí)改進(jìn)了上述缺點(diǎn)。
　　實(shí)時(shí)圖像編碼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
　　本系統(tǒng)采用改進(jìn)的共享存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對一般的共享存儲并行DSP系統(tǒng)而言具有以下特點(diǎn)：
　　·SP之間采用分布耦合式，更加便于DSP之間的數(shù)據(jù)交換；
　　·引入DSP簇的概念，采用DSP簇共享存儲，解決存儲資源瓶頸；
　　·FPGA做主控制器，利于硬件實(shí)現(xiàn)并易于維護(hù)；
　　·擴(kuò)展性較強(qiáng)，可以級聯(lián)以適應(yīng)更高要求；
　　·采用獨(dú)立電源供電，減少電源線路對系統(tǒng)線路影響
　　本系統(tǒng)由兩部分組成，第一部分為處理部分（Processboard），第二部分為控制預(yù)處理部分（Mainboard）。
　　處理部分結(jié)構(gòu)
　　Processboard由四片ADSP-TS201S組成，DSP之間采用松緊耦合的方式，構(gòu)成一個(gè)靈活高效的多處理單元并行結(jié)構(gòu)。所謂的松耦合是指四片DSP采用Link ports實(shí)現(xiàn)雙向互聯(lián)的方式。緊耦合是指兩片DSP構(gòu)成一個(gè)簇，DSP的外部總線連在簇總線上，外部存儲器也接在簇總線上。外部存儲器和各DSP的片內(nèi)存儲器作為共享資源都可以被總線上的DSP訪問。這種方式充分利用AD I公司DSP片上無縫連接的優(yōu)勢。Processboard結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
　　本系統(tǒng)四片DSP拿出三組Link ports資源構(gòu)成雙向十字環(huán)連接，另外每片DSP還有一組Link ports與Mainboard連接，用于系統(tǒng)連部分之間的數(shù)據(jù)通信。這種主芯片近似完全對稱的結(jié)構(gòu)有利于PCB的合理布線。所有DSP的數(shù)據(jù)、地址以及控制信號等均通過一個(gè)150針的接口與Mainboard相連，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)平臺。
　　在這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，待處理的信號可以經(jīng)過Link ports送至Mainboard上的FPGA，或者通過速度更快的LVDS接口經(jīng)串并轉(zhuǎn)換芯片輸入。由于兩個(gè)簇總線均接至FPGA，故輸入數(shù)據(jù)可以通過 FPGA內(nèi)部做成數(shù)據(jù)總線開關(guān)，使得兩個(gè)DSP簇可以“乒乓”讀取和處理連續(xù)不斷輸入的待處理信號。處理完成的數(shù)據(jù)經(jīng)Link ports送回至Mainboard。對于一個(gè)DSP簇，利用緊耦合的方式，用一片8M×32位的SDRAM存放數(shù)據(jù)塊，通過DMA技術(shù)可在DSP內(nèi)核進(jìn)行信號處理時(shí)高速傳輸數(shù)據(jù)，提高了實(shí)時(shí)性并最大限度緩解了總線瓶頸。簇內(nèi)的DSP及外圍設(shè)備接口通過32位地址總線互聯(lián)，映射到統(tǒng)一存儲空間。因此對外部存儲空間的訪問就等同于訪問外部接口設(shè)備。外部總線工作在100 MHz，單片DSP的總線吞吐率達(dá)到1 GB 每秒。
　　控制預(yù)處理部分結(jié)構(gòu)
　　Mainboard由兩個(gè)FPGA和一片ADSP-TS201S組成。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可分為三個(gè)模塊。控制模塊由兩個(gè)FPGA完成系統(tǒng)的控制功能。后處理模塊包括DSP及其外圍電路。擴(kuò)展模塊由八個(gè)150針的接口組成，完成與Processboard的通信。為擴(kuò)展存儲空間，該系統(tǒng)上包含了四片SRAM和四片16位SDRAM（均分為兩組，擴(kuò)展為32位），兩個(gè)FPGA還可以用來做一部分預(yù)處理（如JPEG2000圖像壓縮編碼中的小波預(yù)處理）。Mainboard結(jié)構(gòu)如圖3所示。
　　系統(tǒng)供電方案
　　由于本系統(tǒng)的元器件較多且大部分工作功率較大，在每塊板上各自設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)是不合適的。同時(shí)由于系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換速度達(dá)到數(shù)百兆每秒，將電源集成至系統(tǒng)內(nèi)部電路板會影響系統(tǒng)正常工作甚至導(dǎo)致各種布線問題。
　　本系統(tǒng)采用了獨(dú)立電源供電，即整個(gè)系統(tǒng)供電都來自一個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)。這種供電方式類似于個(gè)人PC上的供電系統(tǒng)。電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
　　電源系統(tǒng)芯片采用TI公司的電源模塊PTH系列，該系列芯片具有穩(wěn)定易使用且供電功率高的特點(diǎn)。5V輸入電壓系統(tǒng)后經(jīng)過五片PTH芯片轉(zhuǎn)換成所需的電壓（1.0V，1.5V，1.8V，2.5V，3.3V），經(jīng)電源接口送入Mainboard和Processboard。