[发明专利]一种降低并行多数字信号处理器之间消息传递开销的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够降低基于消息传递机制的松耦合并行处理系统中，多个数字信号处理器(简称为DSP)之间消息传递开销的方法，属于信号处理及通信技术领域。

背景技术

目前，DSP在信号处理领域，尤其是在图像信号处理方面正在被广泛使用。然而，随着对于信号处理板的处理能力要求越来越高，例如，对于高帧数、大尺寸的图像序列的实时处理，往往要求每秒几十亿次的运算能力，目前单片DSP的运算能力不可能满足其要求，这就需要信号处理板在设计时采用多DSP并行处理结构，以满足系统对运算量的要求。

在基于消息传递机制的松耦合并行DSP系统中，高效通信技术一直是人们研究的热点。但现有的通信协议机制没有结合硬件和应用特点，通信开销较大。这里的通信开销主要包括：网络接口；通信延迟，它是指从消息的第一个比特发送到网上到最后一个比特被接收的时间；发收开销，它是指发送、接收一个消息花费的处理机时间，主要由通信协议、应用接口、操作系统引起。减小通信开销的有效途径是改善网络接口，减小通信延迟和降低发收开销。

图1显示了两个DSP中存在的数据传输流向示意图。有关实验表明：①通过存储器拷贝一个32位字平均所需内核时钟周期数：片内存储器之间为2.19个，片内与片外存储器之间为15.00个；②通过LINK口传输一个字平均所需内核时钟周期数：收发双方都是片内存储器时为4.02个，有一方是片外存储器时为15.01个。可见，不同DSP之间消息数据的拷贝时间与消息传输时间相比显得很长，已不可忽略，因此消除不必要的消息数据拷贝，对于减小通信开销作用很大。

目前，随着高速网络的发展，网络传输速度越来越快，网络带宽已经非常接近内存拷贝的速度，这时昂贵的内存拷贝操作给高速通讯带来的影响也日益明显。为了减少内存拷贝操作所带来的不利影响，许多人对零拷贝技术进行了研究，例如有人提出了EMP(Ethernet Message Passing)思想，绕过操作系统，实现了零拷贝的网络传输处理。还有人通过核心态的物理内存页与用户缓冲区的存储器重映射实现零拷贝。

在嵌入式系统中，由于嵌入式系统资源受限，应用零拷贝机制可减少用于数据传输的存储器使用量和CPU的处理时间，降低功耗，其意义更加明显。有人在LyraNET研究平台上设计实现了零拷贝嵌入式TCP/IP协议。该协议取消了数据拷贝开销，当数据要发送到网络时，用户数据直接写到NIC(Network Interface Controller)。接收时先直接把接收的数据拷贝到主机存储器中，等协议处理完成后，再用存储器重映射方式传输到用户缓冲区。另外，VxWorks提供的ZBUF套接字使用零拷贝缓冲区，能够避免消耗时间的数据拷贝。与使用标准的BSD套接字的用户一样，使用ZBUF套接字的用户可以使用两种类型的套接字：流套接字(采用TCP协议)和数据报套接字(采用UDP协议)。

但是，现行的零拷贝技术往往是利用DMA和存储器重映射等实现数据包在用户缓冲区与核心态缓冲区之间的零拷贝，通信协议的其它部分没有本质改变，而且由于没有与具体硬件和应用紧密结合，还不能算是真正意义上的零拷贝，仍有潜力可挖。另外，现有技术中都没有将数据从所在存储器直接取出通过通信接口发送出去，也没有将接收的数据直接放入目的存储器中，其间仍需一次拷贝，如果能去掉这一拷贝过程则可进一步减小通信开销。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低并行多数字信号处理器之间消息传递开销的方法。该方法充分挖掘利用DSP的硬件特性，去掉所有的冗余消息拷贝，从而实现更高效的通信。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种降低并行多数字信号处理器之间消息传递开销的方法，各数字信号处理器之间通过LINK口收发数据，其特征在于：

发送方的数字信号处理器在发送数据前，首先发送一个控制帧指明后面所发数据类型及长度等，接收方的数字信号处理器根据所收到帧的类型设置相应的接收地址，然后发送方的数字信号处理器再发送实际的数据帧。

其中较优地，数据帧与控制帧分开，控制帧具有4个字节控制字段、4个字节长度字段、4个字节目的地址字段、4个字节块号字段和1个字节校验和字段；数据帧只包含纯粹的数据和校验和字段。