[发明专利]一种CPCI信号处理板

说明书

技术领域

本发明涉及计算机体系结构、并行运算和工业控制计算机领域，具体地说，本发明涉及一种信号处理板。

背景技术

Compact PCI总线是基于PCI电气规范开发的高性能工业总线。

Compact PCI标准将外设组件互联标准特性与支持嵌入式应用的坚固机械外形完美结合在一起，具有高速、高可靠性、坚固耐用、可热插拔、通用性强等优点，是专门针对工业环境而量身定制的，目前在雷达、声纳等诸多领域得到了广泛的推广。

阵列信号处理是现代信号处理的一个重要分支，其本质是利用空间分散排列的传感器阵列和多通道接收机来获取信号的时域和空域等多维信息，以达到检测信号和提取其参数的目的。迄今为止，阵列信号处理的应用范围已经涉及如雷达、声纳、导航、现代通信等诸多领域。阵列信号处理的主要内容可分为波束形成技术、零点技术及空间谱估计技术等方面，它们都是基于对信号进行空间采样的数据进行处理的，而这些数据的处理计算量是非常庞大的，而且系统还对实时性要求比较高，因此提高阵列信号处理的能力和速度越来越重要。

目前主流的阵列信号处理板多采用DSP芯片或PowerPC处理器来实现。

DSP芯片是专门为实现各种数字信号处理算法而设计的单片、可编程的微处理器，带有专门的硬件乘法器，完整的指令系统，配套的开发工具，在信号处理领域得到了广泛的应用。虽然DSP芯片在信号处理领域具有明显的优势，但也存在一些不足，这些不足主要体现在软件开发方面：首先DSP的软件编程一般都是采样汇编语言，因为大多数高级语言并不适合描述典型的DSP算法，而且DSP结构复杂，如多存储器空间、多总线、不规则指令集、高度专门化的硬件等，使得难于为其编写高效率的编译器，因此大多采用汇编语言，而汇编语言是一种比较低级的语言，冗长单调、调试困难、代码不易于维护，为软件开发人员带来了很多不便。其次采用DSP处理器对程序员的要求非常高，因为一个典型的DSP应用具有大量计算的要求，并有严格的开销限制，使得程序的优化必不可少，因此选用DSP作为处理器的一个关键因素要看，是否存在足够的能够较好地适应DSP处理器指令集的程序员。再次，DSP芯片之间的通信一般都是使用专用数据传输和互联技术，如Sharc系列的DSP使用LINK技术，这种非通用的网络通信机制使得网络编程人员必须首先花时间熟悉其通信机制；第四，DSP的开发工具链和开发环境一般都是DSP厂家或第三方厂商专门开发的，对于开发者而言往往需要经过专门的学习和训练才能逐渐掌握，因此开发调试周期一般较长。

PowerPC处理器是一种通用处理器，能够为用户提供良好的图形化编程、编译、系统配置和调试环境；同时对底层实现了良好的模块化和屏蔽化的工作，使用户在程序开发时完全不需要了解底层PowerPC处理器的内部结构，从而能够大大缩短用户的开发周期。信号处理领域的PowerPC板卡，一般是采用多片PowerPC处理器的结构。该结构如图2所示，包括四个PowerPC处理器(在图2中分别是第一PowerPC处理器17、第二PowerPC处理器18、第三PowerPC处理器19、第四PowerPC处理器20)，四个北桥芯片(在图2中分别是第一PowerPC处理器的北桥芯片21、第二PowerPC处理器的北桥芯片22、第三PowerPC处理器的北桥芯片23、第四PowerPC处理器的北桥芯片24)以及四片内存(在图2中分别是第一PowerPC处理器的内存25、第二PowerPC处理器的内存26、第三PowerPC处理器的内存27、第四PowerPC处理器的内存28)。每片处理器通过局部总线与一片北桥芯片相连，北桥芯片也是内存控制器，内存直接挂在北桥芯片上；多片北桥芯片之间通过PCI-X/PCIE总线互联，以实现处理器之间的通信。然而采用这种结构也存在一些缺点：首先，由于每片处理器均连接一片北桥芯片，既增加了系统成本，又浪费了板卡的PCB空间；其次，当多片PowerPC之间通信时，首先将把本地PowerPC处理器要处理的数据从北桥芯片上的内存中取出，再发送到与本处理器直接相连的北桥芯片，再经过北桥芯片间互联的PCI-X/PCIE总线发送到与目的PowerPC相连的北桥芯片，然后发送到目的PowerPC处理器，经处理器后再发送到与目的PowerPC处理器相连的北桥芯片所带的内存中，这样无疑增加了数据传输的延迟，对于实时性要求较高的阵列信号处理而言非常不利。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一款符合CPCI标准的具有多片通用处理器高效的信号处理板，该板主要用于实现并行数据运算功能。