在DSP處理器上并行實(shí)現(xiàn)ATR算法

自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別（ATR）算法通常包括自動(dòng)地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、跟蹤、識(shí)別和選擇攻擊點(diǎn)等算法。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性和目標(biāo)類型的不斷增長(zhǎng)使ATR算法的運(yùn)算量越來越大，因此ATR算法對(duì)微處理器的處理能力提出了更高的要求。由于通用數(shù)字信號(hào)處理芯片能夠通過編程實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)算，處理精度高，具有較大的靈活性，而且尺寸小、功耗低、速度快，所以一般選擇DSP芯片作為微處理器來實(shí)現(xiàn)ATR算法的工程化和實(shí)用化。

為了保證在DSP處理器上實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)ATR算法，用算法并行化技術(shù)。算法并行化處理的三要素是：①并行體系結(jié)構(gòu)；②并行軟件系統(tǒng)；③并行算法。并行體系結(jié)構(gòu)是算法并行化的硬件基礎(chǔ)，并行算法都是針對(duì)特定的并行體系結(jié)構(gòu)開發(fā)的并行程序。根據(jù)DSP處理器的數(shù)目，ATR算法的并行實(shí)現(xiàn)可以分為處理器間并行和處理器內(nèi)并行。處理器間并行是指多個(gè)DSP處理器以某種方式連接起來的多處理器并行系統(tǒng)，ATR算法在多個(gè)處理器上并行招待。根據(jù)處理器使用存儲(chǔ)器的情況，多處理器并行系統(tǒng)又可分為共享存儲(chǔ)器多處理器并行系統(tǒng)和分布式多處理器并行系統(tǒng)。處理器內(nèi)并行是指在單個(gè)DSP處理器內(nèi)通過多個(gè)功能單元的指令級(jí)并行（ILP）來實(shí)現(xiàn)ATR算法的并行化。本文分別對(duì)在共享存儲(chǔ)器多處理器并行系統(tǒng)、分布式多處理器并行系統(tǒng)和指令級(jí)并行DSP處理器上并行實(shí)現(xiàn)ATR算法進(jìn)行了探討。

1 在共享存儲(chǔ)器多處理并行系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)ATR算法

在共享存儲(chǔ)器多處理器并行系統(tǒng)中，各個(gè)處理器通過共享總線對(duì)所有的存儲(chǔ)器進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)各個(gè)處理器之間的數(shù)據(jù)通信。而在任一時(shí)刻，只允許一個(gè)處理器對(duì)共享總線進(jìn)行操作。所以處理器對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作時(shí)就必須先獲得對(duì)共享總線的控制權(quán)，這通過總線仲裁電路實(shí)現(xiàn)。然而，由于所有的處理器只能通過一條共享總線對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問，這在處理器數(shù)目比較多或者處理器之間頻繁交換數(shù)據(jù)的情況下容易引起總線沖突和等待而降低整個(gè)并行系統(tǒng)的運(yùn)行速度。共享存儲(chǔ)器多處理器并行系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)處理器的數(shù)目較少時(shí)，可以達(dá)到較高的加速比。

ADSP2106x處理器支持最為常用的共享存儲(chǔ)器多處理器并行系統(tǒng)，組成多處理器系統(tǒng)的每一片ADSP2106x的片內(nèi)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，任一ADSP2106x可以訪問其它任何一片ADSP2106x的片內(nèi)存儲(chǔ)器。由于片內(nèi)SRAM為雙口存儲(chǔ)器，因而這種訪問并不中斷被訪問處理器的正常工作。每個(gè)處理器片內(nèi)SRAM既是該處理器的局部存儲(chǔ)器，又是共享存儲(chǔ)器的部分。在不增加輔助電容的情況下，通過外部總線接口直接相連的處理器數(shù)量最多為6個(gè)。由于每個(gè)處理器的工作程序放在其片內(nèi)的雙口SRAM中，因此各個(gè)處理器可以實(shí)現(xiàn)并行處理，這是ADSP2106x的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)所決定的。

ATR算法在共享存儲(chǔ)器多處理器并行系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)時(shí)，在編寫并行算法程序方面應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮的問題包括：

（1）均衡地把任務(wù)分配給各個(gè)處理器

ATR算法在共享存儲(chǔ)器多處理器并行系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)任務(wù)級(jí)并行，因此必須把ATR算法劃分為計(jì)算量均衡的多個(gè)任務(wù)，把各個(gè)任務(wù)分配給多個(gè)處理器，才能發(fā)揮多處理器并行系統(tǒng)的最大并行效率。

（2）盡量減少多處理器之間數(shù)據(jù)通信

由于多處理器只能通過一條共享總線對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問，這在多處理器之間頻繁交換數(shù)據(jù)的情況下容易引起總線競(jìng)爭(zhēng)而降低整個(gè)并行系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

（3）利用單個(gè)處理器的并行編程特性

充分應(yīng)用單個(gè)處理器的并行編程特性，有利于縮短各個(gè)處理器上任務(wù)的運(yùn)行時(shí)間。例如，ADSP2106x的32位浮點(diǎn)運(yùn)算單元包含一個(gè)乘法器、一個(gè)加法器和移位邏輯電路，它們并行工作；比特倒轉(zhuǎn)尋址在傅立葉變換運(yùn)算時(shí)非常有用；循環(huán)尋址在作卷積、數(shù)字濾波運(yùn)算時(shí)經(jīng)常用到等。