·处理模块的规范结构能够支持多种处理模式,可以适应不同的处理算法。
每个PU的核心由DSP芯片和可重构器件FPGA组成,另外还包括一些外围的辅助电路,如存储器、先进先出(FIFO)器件及FLASH ROM等(图2)。可重构器件电路与DSP处理器相连,利用DSP处理器强大的I/O功能实现单元电路内部和各个单元之间的通信。从DSP的角度来看,可重构器件FPGA相当于它的宏功能协处理器(Co-processor)。
PU中的其他电路辅助核心电路进行工作。DSP和FPGA各自带有RAM,用于存放处理过程所需要的数据及中间结果。FLASH ROM中存储了DSP的执行程序和FPGA的配置数据。先进先出(FIFO)器件则用于实现信号处理中常用到的一些操作,如延时线、顺序存储等。
每个PU单独做成一块PCB,各级PU之间通过插座与底板相连。底板的结构很简单,主要由几个串连的插座构成,其作用是向各个PU提供通信通道和电源供应。可以根据需要安排底板上插座的个数,组成多级线性阵列结构。这种模块化设计的突出优点在于,它使得对系统的功能扩充和维护变得非常简单。需要时,只要插上或更换PU电路板,就可以实现系统的扩展和故障的排除。每一级PU中的DSP都有通信端口与前级和后级PU电路板相连,可以很方便地控制和协调它们之间的工作。
4 应用实例
我们应用上述线性流水阵列结构实现了一个实时目标检测系统,该系统的任务主要是接收摄像头输出的灰度图象,经预处理、编码、直线拟合和目标识别后,输出结果到PC机显示。在这个任务中,预处理模块包括抽样、卷积和编码等步骤,属于低层的处理,其运算数据量大,但运算结构较规则,适于用FPGA进行纯硬件实现;而直线拟合及目标识别等高层图象处理算法,所处理的数据量相对较少,但要用到多种数据结构,其控制也复杂得多,我们用DSP编程来实现。
重构处理模块采用的是Xilinx公司的XC5200系列FPGA芯片。这是一种基于SRAM的现场可编程门阵列。给出了XC5200 系列FPGA的一些参数。
XC5200系列FPGA的一些参数
器件XC5204XC5206XC5210XC5215逻辑单元48078412961936最大逻辑门6000100001600023000多功能块10×1214×1418×1822×22CLB120196324484触发器48078412961936I/O124148196244