低壓差分SerDes的全雙工互連和分組數據傳輸技術

總結高性能dsp間的數據傳輸及控制，可以看出，其主要發展趨勢是：從dsp間的直接互連傳輸→通過中介dsp的間接傳輸→通過分組交換互連網絡的間接傳輸;源dsp和目的dsp的關系從主從關系→對等關系;從dsp軟件主動參與傳輸控制→硬件獨立自主控制傳輸過程，例如sRIO由硬件完成檢錯和重傳;從專有互連傳輸技術→標準互連傳輸技術。

　　圖4 交換網絡互連：直接接入及需要適配器接口轉換

　　系統級設計考慮

　　構建多dsp并行dsp系統時，需要決策解決的系統級問題有：為主數據路徑選用哪些互連技術與整體拓撲?統一互連還是混合互連技術?直接還是間接互連?如果直接互連采用何種dsp接口?如果間接互連是采用存儲器、FPGA、交換機還是其他器件擴展?是否需要連接外部網絡?如何處理控制、程序配置、管理等的傳輸需求?是否需要區分數據平面、控制/配置平面、管理平面?在控制/配置/管理平面內，又應采用何種互連技術與互連拓撲?

　　如何選擇合適的互連技術，設計合理的互連體系結構，應當根據數字信號處理算法及其在各dsp上的分解、解耦與適配結果，考慮數據傳遞鏈路在速率、延遲、并發數等方面的性能需求，針對已有dsp接口的互連與傳輸特性，滿足系統在控制、配置和管理方面的數據傳遞需要，滿足系統在成本、硬軟件開發復雜度、調試測試方便性、構建使用靈活性與可擴展性等使用特性上的需要。在工程中設計實際并行處理系統時，一般需要混合使用多種互連傳輸技術與互連拓撲架構。

　　經驗總結

　　在信號處理平面：當多dsp間整體流量不大或需要共享內存且器件支持時，可以使用對等并行總線;當處理過程需要主處理器參與轉移、分配、匯聚或控制時，可以選用主從并行總線;當多dsp異構、具有非對等總線接口、需要分發匯聚或需要FPGA參與處理時，可以用緩存或FPGA做中介的間接互連;當需要高性能且鏈路為直接點—點時，可以選用高速直接互連鏈路或多點總線蛻化的直接互連;當需要并發的多個高速數據流、路徑需要動態變化或需要擴展性，可以采用高性能分組交換網絡互連;如果dsp不具有網絡接口或網絡為非標準，則需要橋接器件。語音、定時特性明顯的中小數據量傳輸可以采用McASP、TDM、McBSP等同步串行總線;對網絡數據可以采用FE、GE的標準網絡。

　　在配置、控制和管理數據平面，對低速數據可以采用串行總線如UART、I2C、CAN、UART擴展的RS485等;對于高速傳輸可以采用主從并行總線如PCI、HPI、DSI、UTOPIA等，或采用FE/GE、PCIe、sRIO等網絡互連技術;如果需要通過外部以太網管理系統內部則需要使用FE、GE等通用網絡技術。

　　對于系統的整體互連拓撲，當整體算法鏈路固定且主要為順序傳遞或逐級分解/匯聚或dsp數量較少時，可以采用兩dsp間點—點直接互連組成的鏈/環式、樹/星型、二/三維規則拓撲、Mesh等拓撲結構;當需要中、低性能的多dsp間相互傳輸，可以采用多點總線、FPGA星型、FE/GE的星型網絡拓撲;當需要較多dsp間的高性能互連、算法靈活或需要性能與規模的線性擴展時，可以使用FPGA或分組交換網絡形成的星型拓撲。

　　結語

　　現代高性能多dsp并行dsp系統一般將采用分平面的混合互連與傳輸技術。高性能多dsp的互連和數據傳輸將主要是基于低壓差分SerDes的全雙工互連和分組數據傳輸。當dsp數量較少時系統級互連將以dsp間的直接互連為主，當dsp數量較多時將以交換機及交換網絡為中心。多dsp互連的整體發展趨勢是從局部的差異化互連→全局統一的網絡互連;從直接互連/傳輸→通過中介的間接傳輸→通過互連網絡的間接傳輸;從非標準互連→標準互連;從通用以太網→面向信號處理優化的高性能嵌入互連網絡sRIO。