基于多核DSP的信號分選軟件設計與實現

王春蕓

(中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

電子戰改變未來戰場的能力正在不斷增長，一些關鍵技術成為部署電子戰能力的組成部分，已經確定的技術領域有很多，其中包括電子設備小型化及高性能數字信號處理。因此，本文提出一種以TMS320C6678八核數字信號處理器(DSP)作為主處理器的信號分選軟件設計方法，并已在TI提供的TMDSEVM6678 L開發板上得以驗證。在下一步的硬件設計中，選用該芯片作為主處理器就可以實現信號分選模塊小型化及高性能數字信號處理。

1 硬件平臺簡介

TMS320C6678是TI公司生產的一款DSP芯片，其處理器架構先進，運算能力強， 高速內外接口多，開發資源豐富，為信號分選軟件設計提供了強大的硬件平臺，也為軟件的架構提供了極大的靈活性。

2 信號分選軟件設計

2.1 軟件架構設計

雷達輻射源信號的分選繼承傳統的預分選和主分選軟件架構。其原理框圖如圖1所示。

圖1 基于TMS320C6678的信號分選架構框圖

預分選處理主要是將接收到的密集脈沖流(以脈沖描述字(PDW)描述，主要包括到達方向(DOA)、射頻(RF)、脈寬(PW)、到達時間(TOA)、脈沖幅度(PA))進行稀釋、分組、聚類，將具有相同特征參數的脈沖流歸于一類。主分選處理是將經過預分選歸類得到的各PDW組(即通道組)采用各種更為復雜的算法進行進一步去交錯處理，提取出一個個獨立的輻射源描述字(EDW)。

2.2 多核并行處理模式選擇

TMS320C6678多核并行處理模式有3種：主從模式(Master/Slave)、數據流模式(Data Flow)、OpenMP模式(OpenMP)。

主從模式中將一個核作為主控，其他核只負責執行分配的任務，集中控制分布執行。這種模式適于應用中具備很多小的獨立任務，任務可以獨立在單核的資源運行，任務之間不需要進行交互、同步、數據共享。

OpenMP模式是一套在對稱多處理(SMP)模式下開發多任務應用的接口，由編譯指令、庫及環境變量構成。該模式一般用于計算量較大、需要多核并行工作、提高運算速度的情況，如圖像處理、快速傅里葉變換(FFT)計算等。

數據流模式是一種分段流水式的控制和執行，每個核負責處理過程的一個步驟，然后將處理結果傳遞到下一個核進行后續處理，每個核需要相互協同，共同完成整個處理過程。

根據圖1，信號分選軟件的工作流程是：核0接收PDW流，經預分選輸出到核1進行主分選，兩核對PDW數據流進行流水的處理，所以選擇數據流模式進行并行處理。

2.3 核間同步及通信方式選擇

TI提供了IPC軟件組件包，包括處理器多核管理組件、共享區域管理組件、消息隊列管理組件、內存堆管理組件，用于多核的核間同步。本文提出的信號分選架構使用了TMS320C6678中的兩核，所以必須使用IPC提供的組件進行多核配置和調度。

TI也提供了多核軟件開發包(MCSDK)，其中包括核間通信模塊。核間通信方式有多種，常用的有同步通知機制、消息隊列機制、數據共享機制。同步通知機制速度較快，不能攜帶數據，只能帶一個標志，用于動作觸發；消息隊列機制能夠傳遞數據和控制；數據共享機制可以在多核間共享大批量的數據。以上信號分選架構中，共享內存區的數據量相當大，而且核0和核1對共享區的互斥訪問需要同步控制，所以選擇消息隊列和數據共享2種同步機制共同完成核間通信。

3 信號分選軟件設計實現

將以上設計在TI提供的TMDSEVM6 678 L開發板上進行驗證。在圖1中，核0和核1分別對應開發板上的CORE0和CORE1，共享內存區對應為開發板上的DDR3。

3.1 多核配置

TMS320C6678有8個核，具體使用哪些核通過MultiProc組件進行配置，在配置文件.cfg中進行初始化及相關設置。本設計使用2個核的配置情況如下：

var MultiProc=xdc.useModule(‘ti.sdo.utils.MultiProc’);

MultiProc.numProcessors=2;

MultiProc.setConfig(null,[“CORE0”,“CORE1”]);

3.2 平臺配置

TMS320C6678硬件平臺有3類內存可配置使用：L2SRAM、MSMCSRAM、DDR3。其中L2SRAM、MSMCSRAM速度較快，但容量有限，一般用于存放頻繁執行的核心代碼和需要高頻度訪問的數據。DDR3是外部存儲器，容量較大。本設計配置DDR3作為共享內存，用于兩核之間大量PDW的傳遞，具體配置如圖2所示。

圖2 平臺內存配置圖

地址0x80000000起始的存儲區配置為共享存儲區，兩核均可使用直接地址進行讀寫訪問。如果某個核進行了數據更新，需要將更新后的數據刷新到cache中后其他核才可使用。

3.3 消息隊列同步

圖3是使用QMSS IPC通信的MessageQ通信結構示意圖[1]。

圖3 使用QMSS IPC通信的MessageQ通信原理圖

根據以上使用消息隊列進行IPC同步的原理，在核0和核1分別設計本地的消息隊列LocalQuene和遠程的消息隊列RemoteQuene，同步流程如圖4所示。

圖4 核0、核1基于消息隊列的同步流程

3.4 算法實現

信號預分選的主要功能是快速建通道，并將具有相同特征參數的脈沖流歸到一個通道，其工作流程如圖5所示。

圖5 信號預分選工作流程圖

信號主分選主要基于以下參數進行:RF、DOA、TOA、PW、PA。基于這些參數的信號分選方法主要有綜合參數相關法、 積累時差直方圖法 (CDIF)、不積累時差直方圖法(SDIF)、 序列檢索法

等。這些算法均為成熟算法，具體算法描述可參考相關資料。信號分選把上面幾種算法綜合加以應用。在本方案中采用以下三大步：

(1) 首先進行綜合參數相關提取，把載頻、脈寬、方位都相關的數據提取出來，以備下一步進行時序上的分選。

(2) 對經綜合參數相關提取出來的脈沖數據進行時序差直方圖統計。此過程綜合運用SDIF與CDIF法。

(3) 對直方圖過門限的PRI值進行序列檢索。

主分選工作流程如圖6所示。

4 結束語

本文架構已在TI提供的TMDSEVM6 678 L開發板上得以驗證，擬應用于某偵察干擾樣機，因僅用于演示驗證用，所以主要著重于多核DSP相關的軟件架構設計與簡單實現。在以后的工程應用中，可以充分利用TMS320C6678芯片的多核資源，進一步優化軟件模塊設計，以適應越來越復雜密集的信號環境，實現對更高信號密度的全脈沖處理。

圖6 主分選工作流程圖