專利名稱：一種微機高速數字信號處理板的制作方法
技術領域：
本發明屬于數字信號處理技術領域，它與微機配合可組成高速數字信號處理系統，對圖象、圖形、語言、雷達及其它多種信號進行處理。
數字信號處理是一門具有悠久歷史的學科，近年來由于VLSI技術的迅猛發展，微機性能的大幅度提高，采用微機配以高速數字信號處理板組成數字信號處理系統，較之采用大、中型數字計算機更為靈活、經濟實用。例如PC機配以中國科技大學研制的“快速圖象處理板”組成的“快速微機圖象處理系統”就是較先進的一種，該板由從處理器1-1、接口控制器1-2、隔離器1-3、存貯器1-4組成，如附圖1所示。該板的從處理器與主機PC共用一個存貯器，分時使用存貯器進行數據交換。存貯器1-4的總線與從處理器1-1直接相聯，而通過隔離器1-3與主機PC相聯。工作時，主機PC首先通過接口控制器1-2斷開從處理器1-1與存貯器1-4的聯接，同時打開隔離器1-3使主機PC自己與存貯器1-4接通，這時主機PC向存貯器1-4送入數據，直至送數完畢，主機PC立即通過接口控制器1-2發出指令使主機PC自身與存貯器1-4隔離，而接通從處理器1-1與存貯器1-4的聯接。從處理器1-1由存貯器1-4中取出數據進行處理，并將處理結果送回存貯器1-4中，待數據處理結束、送畢，主機PC再次通過接口控制器1-2，斷開從處理器1-1與存貯器1-4的聯接，并打開隔離器1-3，使主機PC與存貯器1-4接通，主機PC由存貯器1-4中取出數據處理結果并送入下一批待處理的數據，開始一個新的處理周期(“快速微機圖象處理系統”鑒定會材料硬件研制報告第1至9頁，1988.1)。此信號處理板具有編程靈活、益于用戶開發等優點，但它尚存在下列之不足1.由于主機與從處理器分時使用公共存貯器，主機訪問公共存貯器時，從處理器要等待;從處理器訪問公共存貯器時，主機同樣要等待，也不能進行數據交換，主從機進行數據交換與從處理器進行數據處理是串行的，總的數據處理時間＝主機傳輸時間+從處理器處理時間，主、從機物理上的并行性較差，速度低;2.由于并行效率低，增加從處理器數目會進一步降低并行效率，對提高速度效果不大，所以這種處理板不能做成多機系統，這樣從機性能再好，速度也不會太高。
本發明的目的是提出一種信號處理板的新方案，實現從處理器的數據處理與其同主機的數據交換并行的多機系統。
本發明的技術要點是1.提出一種信號處理板的新方案，微機主機與從處理器、各從處理器之間均可同時訪問公共存貯器，從處理器的數據處理與其同主機之間的數據交換可同時進行。
2.本發明是由多個物理上高度并行的處理器組成的多機系統，各處理器與微機主機之間采用星形互聯方式，而各處理器之間則采用流水線聯接方式，各處理器與微機主機之間及各處理器之間均采用雙端口存貯器作為公共存貯區，以進行數據交換，完成多機之間的同步和通信。
結合附圖對本發明進行詳細描述本發明由處理器2-11、2-21、……2-n1，雙端口存貯器2-12、2-22、2-32、2-42、……2-m2和控制電路構成，如附圖2所示。
1.2-11、2-21、……2-nl等各處理器與微機主機之間采用星形聯接，各處理器可對不同數據同時執行同一指令流，使大量數據進行同一種算法時，能夠將數據分成若干部分，分別由各處理器同時進行處理，以提高處理速度，若處理器為N個，則處理時間可縮短到原來處理時間的1/N;
2.2-11、2-21……2-n1等各處理器之間有一數據流水通道，使本多機系統又可靈活地變為一流水線，各處理器可對同一數據流執行不同的指令，由于流水是在處理器一級而不是在操作一級的，故軟件編程靈活性大，可達到任務一級的宏流水，使處理速度大大提高，若處理器為N個，則處理時間也可縮短到原來的1/N;
3.2-11、2-21……2-n1等各處理器與微機主機之間、各處理器之間均采用2-12、2-22、2-32、2-42……2-m2等雙端口存貯器作為公共存貯器進行數據交換。這種存貯器具有兩套數據和地址線，存貯器兩邊的CPU(主機與處理器的CPU或處理器與處理器的CPU)可同時隨機訪問存貯器中的任何單元(但不能同時訪問同一單元)。為確保多機之間的高度并行，又不出現同時訪問同一單元的情況，可將雙端口存貯器分為X個區，存貯器兩邊的CPU規定必須訪問不同的區。例如可將雙端口存貯器分為A、B兩個區，處理器處理A區的數據并將處理結果送回A區，主機從B區取走上次處理結果并將待處理的新數據送入B區，當處理器送完處理結果、主機送完新的數據時，同時改變主、從兩機訪問區，即處理器處理B區的數據并將處理結果送回B區，主機從A區取走處理結果并加載新的數據，當處理器送完處理結果、主機送完新數據時，主、從兩機再次改換訪問區，周而復始。由此不難看出，主機進行數據傳輸時，從機不必等待，可以進行數據處理，從機進行數據處理時，主機同樣不必等待。亦可繼續傳數，傳輸和處理不再是串行的，總的處理時間＝Max｛主機傳輸時間，從機處理時間｝，所以采用雙端口存貯器并且按這種區域翻轉方式工作，實現了兩機高度并行，有效的提高了速度。
4.微機主機到2-11、2-21、……2-n1各處理器之間設有一廣播通道，即主機到每個處理器間的雙端口存貯器均占用兩段主機內存地址，其中一段地址各處理器均一樣(另一段各處理器不同)，主機訪問這段地址時，可以同時訪問所有到各處理器的雙端口存貯器，使同樣指令同時傳送給所有的處理器，這樣，多機處理系統執行同樣程序時可以一次而不是N次(處理器數為N)傳送處理程序，從而提高了主機與處理器之間的傳送效率。
5.本發明還可將處理器2-11與外界高速模-數轉換器相聯，這樣不通過主機就可取得待處理的源數據，一則減少系統總線上的數據傳輸量，二則可進一步加快總處理速度。
6.根據用戶的不同需要，待軟件開發完成后，本板也可將程序固化其上，脫機運行，自行構成一個高速信號處理器機，以滿足體積小、重量輕的需要。
本發明具有以下優點1.速度高。處理速度高，高度量行的多機使處理時間可降為單機的1/N，而每個單機的總處理時間＝Max｛處理，傳輸｝＜處理+傳輸;傳輸速度也高，除傳輸達到并行外，還可與外界A/D直接相聯，提高源數據入板速度。2.結構靈活，星形加流水的結構形式，易于軟件編制。3.連線簡單、體積小、價格低。
實施例PC機高速圖象、圖形處理板，此板由雙端口存貯器3-11、3-21、3-31，處理器3-12、3-22、局部存貯器3-13、3-23，控制電路3-14、3-24，及PC機接口控制電路3-34組成，如附圖3所示。處理器3-12、3-22用2片美國TI公司生產的TMS320C25，本板共用20KB的雙端口的存貯器，采用美國IDT公司生產的IDT7132S100，讀取時間小于100ns，每片容量為2K×8bits，共用10片，3-11、3-21各用4片，兩個端口，一邊掛在PC機總線上，另一邊分別掛到各自的處理器3-12、3-22總線上，3-31用2片，兩個端口分別掛到3-12、3-22處理器總線上，其聯接按用戶手冊的常規接法。主要用來存放程序和中間結果的局部存貯器3-13、3-23容量為16KB，采用美國Inmos公司生產的IMS1423-35高速靜態存貯器，讀取時間＜35ns，單片容量為4K×4bits，3-13、3-23各用8片，局部存貯器與處理器的聯接按用戶手冊的常規接法。控制電路3-14、3-24為一般常規控制電路。包括存貯器的地址譯碼、存貯器讀寫信號、存貯器速度匹配等電路，并分別與其控制的存貯器相聯，控制電路還有一個硬件中斷產生電路，可以向主機PC及另一個處理器發出中斷請求信號INIT，使主機與從機之間，從機與從機之間不僅可通過軟件中斷方式通信，而且可以通過硬件中斷方式通信，方便用戶，此外，控制電路中還有另一些計算機中常用的電路，如時鐘振蕩電路等。PC機接口控制電路3-34產生PC機與本板連接所需的接口信號，如對掛在PC機總線上的雙端口存貯器的控制信號(片選、讀寫等)，向從處理器發出的中斷申請信號及RESET信號等，這些電路為常規控制電路。本板的廣播通道是通過PC機接口控制電路實現的，它將雙端口存貯器3-11、3-21分別映射到PC機內存的兩個空間，3-11映射到A000∶0000N～A000～IFFFH(A區)及A000∶6000H～A000∶7FFFH(C區)兩塊，3-21射映到A000∶2000H～A000∶3FFFH(B區)及A000∶6000H∶A000～7FFFH(C區)兩塊，當訪問A區時，只訪問3-11，當訪問B區時，只訪問3-21，當訪問C區時，同時訪問3-11及3-21。本板配上一塊PCVISION圖象輸入板或一塊KL-GCB圖形控制板，在相應軟件控制下就在IBMPC機(XT或AT)及其兼容機上分別構成了一個小型高速圖象處理系統或一個小型高速圖形處理系統。本板的加速效果是十分明顯的，詳見附表一、二。
附表二:
附圖1是快速圖象處理板框圖1-1從處理器1-2接口控制器1-3隔離器1-4存貯器附圖2是本發明原理框圖
附圖3是PC機高速圖象、圖形處理系統的信號處理板。
權利要求
1.一種微機高速數字信號處理板的新方案，其特征在于主機與從處理器，各從處理器之間均可同時訪問公共存貯器，從處理器的數據處理與其同主機間的數據交換可同時進行。
2.一種微機高速數字信號處理板，由處理器、存貯器、控制電路構成，其特征在于采用多個物理上高度并行的處理器構成多機系統，各處理器與微機主機之間采用星形聯接方式，而各處理器之間采用流水線聯接方式，各處理器與微機主機之間及各處理器之間均采用雙端口存貯器作為公共存貯區進行數據交換。
3.按照權利要求2所說的微機高速數字信號處理板，其特征在于所說的雙端口存貯器可分為X區，存貯器兩端的主機與處理器或處理器與處理器同時分別訪問不同的區并不斷輪換，以避免出現同時訪問同一單元。
全文摘要
本發明屬于數字信號處理技術領域，它與微機配合可組成高速數字信號處理系統，對圖象、圖形、語言、雷達及其它多種信號進行處理。本發明由多個處理器采用星形加流水的聯接方式組成多機系統，具有并行性強速度高，結構靈活易于編程，連線簡單、體積小、價格低廉等優點。
文檔編號G06F15/16GK1041464SQ8810667
公開日1990年4月18日 申請日期1988年9月22日 優先權日1988年9月22日
發明者鄧鋒, 吳國威 申請人:清華大學