CN101616175B - 用于分布式多dsp系统的网络拓扑结构获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分布式多DSP系统的网络拓扑结构获取方法和装置。它主要用于解决分布式多DSP系统中的DSP程序自动加载和分布式通信网络的自动寻址问题。本发明采用的技术方案包含硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括FPGA(可编程逻辑阵列)，FPGA中实现的节点地址广播器，FPGA中实现的节点地址接收器。软件部分为：DSP中的网络拓扑结构获取算法。本发明的优势在于，利用FPGA中的节点地址广播器和接收器，在节点DSP处理器程序加载运行之前，所有节点DSP处理器可以获得相邻节点的地址信息；配合主节点中运行的网络拓扑结构获取算法，可以实现分布式多DSP系统的程序加载和网络拓扑结构获取。

Description

用于分布式多DSP系统的网络拓扑结构获取方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机体系结构与并行处理技术，具体是指分布式多DSP系统的网络拓扑结构获取方法和装置。它主要用于为分布式多DSP系统中的DSP程序自动加载和分布式通信网络的自动寻址。

背景技术

分布式多DSP系统，由多个DSP处理器通过高速互连总线构成，是一种提升处理能力的重要方法，在高速数字信号处理领域中的多目标检测跟踪、并行图形绘制、雷达探测等领域得到广泛应用。

在分布式多DSP系统中，对应在不同应用领域的典型应用，各个节点处理器之间的拓扑连接关系是多种多样的。现有的分布式系统的节点处理器一般是个人PC，分布式通信网络一般是基于以太网，通信协议采用TCP/IP协议。个人PC，以太网和TCP/IP协议本身提供了网络拓扑获取方法和装置。而本发明针对的系统是分布式多DSP系统，分布式DSP系统的节点处理器是DSP，具体原理图如图1所示。分布式通信网络的硬件采用DSP提供高速通信总线，分布式DSP系统的通信网络并没有专门的通信协议，也不提供网络拓扑结构的自动获取方法和装置。传统的分布式DSP系统中的网络拓扑结构一般是通过手工计算获得，不仅计算繁琐，而且当网络拓扑结构改变时，无法自动更新。如何自动获取各个节点的网络拓扑结构，是实现分布式多DSP系统的基础。

分布式多DSP系统，要解决两个方面的基本问题。一是，分布式节点处理器的程序加载问题。分布式多DSP系统一般指定一个节点处理器作为主节点，给其他的节点处理器加载程序。获取分布式多DSP系统的网络拓扑结构，是实现分布式程序自动加载的基础。二是，各个分布式DSP处理器之间进行通信时，需要知道各个节点DSP在分布式网络中的位置，进而计算出通信数据包的传输路径。只有获取了分布式节点的网络拓扑结构，才能计算出分布式多DSP系统中各个节点的位置信息，进而确定数据包的传输路径。

发明内容

本发明的目的在于提出一种分布式多DSP系统中的网络拓扑结构自动获取的方法和装置，从而实现了分布式DSP节点处理器的自动加载程序，和数据通信时的自动寻址。

本发明用于实现用于分布式多DSP系统中网络拓扑结构自动获取的装置，包括：FPGA(可编程逻辑阵列)，在FPGA(可编程逻辑阵列)协控制器中实现的节点地址广播器，在FPGA中实现的节点地址接收器，节点之间的通信数据线。

如图2所示的是发明装置的结构原理图。从图中可以看出，发明装置为在FPGA协控制器中实现的地址广播器和地址接收器，它们作为DSP的外部设备。DSP提供了4路双工高速互连总线，用于DSP节点之间的连接。FPGA协控制器，为DSP的每一路互连总线提供了4个控制信号线，其中2个输出、2个输入。控制信号线可以作为DSP节点间通信的握手信号线，但在系统初始化工作阶段(网络拓扑结构获取和程序加载阶段)，4个控制信号线中的2个输出线作为地址发送信号线，2个输入线作为地址接收线。

图中的①部分显示的是FPGA中的地址广播器结构原理图。地址寄存器内容在系统上电后，初始化为该节点处理器的地址。地址发送控制器读取地址寄存器中的地址，经过编码后，发送至相邻节点。其中2个地址发送线，1个为时钟线，另外一个为数据线。

图中的②部分显示的是FPGA中的地址接收器结构原理图。其中地址接收控制器通过接收时钟和数据线，接收到相邻节点的地址信息，并将其写入到地址寄存器中，供DSP读取。其中2个地址接收线，1个为时钟线，另外一个为数据线。

根据图2所示，本发明装置的特征在于，利用FPGA协控制器，为DSP节点处理器提供地址广播器和地址接收器，和可以复用的2个地址发送线，2个地址接收线。各个分布式DSP节点可以向相邻节点发送本节点的地址信息，同时接受相邻节点的地址信息。通过上述装置，在系统上电初始化后，DSP加载程序前，所有分布式DSP已经简单快速地获得了相邻节点的地址信息。

本发明方法包括以下步骤，算法流程图如图3所示：

(1)系统上电启动后，主、从处理节点通过FPGA中的节点地址广播器向相邻广播自身的地址；同时各个处理节点接收其它相邻节点处理器的地址，将其记录在FPGA中的存储器中。

(2)如图4所示：分布式多DSP系统的各个节点DSP之间的关系可以抽象成为，按照王元元、张桂芸，所著的《离散数学导论》文献中所述的，一张无向、连通图。节点DSP为图的顶点，节点间的通信路径为图的边。选取主处理节点M作为图的起始点，称为顶点M。以顶点M为起始点，按照从处理节点与M的路径长度为1，2，3，……，N，将从处理节点分为N层，分别称为路径长度为n(n＝1，2，3，……，N)的从处理节点。

(3)主处理节点启动后从Flash存储器加载自己的程序代码；Flash存储器里也包含其他从处理节点的程序代码。

(4)主处理节点获取并记录了，路径长度为1的从处理节点的地址，并从Flash存储器中搜寻出相应的程序代码，加载路径长度为1的从处理节点。

(5)路径长度为1的从处理节点获取并记录了，路径长度为2的从处理节点的地址，并将其地址信息传输至顶点M。顶点M，从Flash存储器中搜寻出路径长度为2的节点的相应程序代码，令路径长度为1的节点，加载路径长度为2的从处理节点。

(6)重复进行步骤(5)，直至路径长度为N的从处理节点的程序代码被加载。

(7)至此，主处理节点(顶点M)获得了所有从处理节点的网络拓扑结构。

(8)主处理节点将分布式DSP系统的网络拓扑结构传输给其他从处理节点。

本发明方法特征在于：

(1)如图4所示，将分布式多DSP系统的节点间互连关系抽象为一张图。选取处理节点M为图的顶点，按照Sx与M的路径长度，对Sx进行分层归类。这种抽象分类方法，引入了图论的表述，使得分布式节点的拓扑结构获取算法，可以利用图论的知识进行定义和实现。

(2)顶点M(主处理节点)按照，严蔚敏、吴伟民，所著的《数据结构》中的广度优先搜索的方法，逐层获得从处理节点的连接关系，即分布式网络的拓扑结构信息；并实现对从处理节点的程序代码加载。

本发明专利的优势在于：实现了网络拓扑结构的自动获取。发明装置易于实现，发明方法简单。

附图说明

图1显示的分布式多DSP系统的一个典型结构示意图，其中M，Sx(x为1，2，3，……，11)为分布式处理节点，选取节点M为主处理节点，节点Sx为从处理节点。分布式处理节点通过片间高速互连总线连接在一起，形成一个网状的处理网络。

图2是发明装置结构原理图。

图3是DSP中的网络拓扑结构获取算法流程图。

图4是将分布式多DSP系统抽象成为一张图后的示意图。

具体实施方式

本发明的一个实施例如下：

FPGA采用Xilinx公司的XC3S400，实现了地址广播器和地址接收器；利用FPGA的引脚和印制电路板上的铜线作为节点之间的通信数据线。DSP节点处理器采用ADI公司的ADSP-TS201S处理器，运行网络拓扑结构获取算法。实现结果表明，该发明方法和装置，算法简洁高效，实现装置简单，可以实现分布式多DSP系统中的网络拓扑结构自动获取。

Claims (4)

1.一种分布式多DSP系统的网络拓扑结构获取装置，它包括：可编程逻辑阵列FPGA，在FPGA中实现的节点地址广播器，在FPGA中实现的节点地址接收器以及网络拓扑结构中可编程逻辑阵列FPGA节点之间的通信数据线，其特征在于：

所述的获取装置在FPGA中实现节点地址广播器和节点地址接收器，它们作为DSP的外部设备；DSP提供了4路双工高速互连总线，用于DSP节点之间的连接；可编程逻辑阵列FPGA中的协控制器为DSP的每一路高速互连总线提供了4个控制信号线，其中2个输出、2个输入；控制信号线可以作为DSP节点间通信的握手信号线，但在系统初始化工作阶段，即网络拓扑结构获取和程序加载阶段，4个控制信号线中的2个输出线作为地址发送信号线，2个输入线作为地址接收信号线；

所述节点地址广播器包括第一地址寄存器和地址发送控制器，所述节点地址接收器包括第二地址寄存器和地址接收控制器。

2.根据权利要求1所述的一种分布式多DSP系统的网络拓扑结构获取装置，其特征在于：所述的节点地址广播器中的第一地址寄存器中的内容在系统上电后，初始化为DSP节点处理器的地址，地址发送控制器读取第一地址寄存器中的地址，经过编码后，发送至相邻节点，其中2个地址发送信号线，1个为时钟线，另外一个为数据线。

3.根据权利要求1所述的一种分布式多DSP系统的网络拓扑结构获取装置，其特征在于：所述的节点地址接收器通过接收时钟和数据线，接收到相邻节点的地址信息，并将其写入到第二地址寄存器中，供DSP读取，其中2个地址接收信号线，1个为时钟线，另外一个为数据线。

4.一种基于权利要求1所述装置的网络拓扑结构自动获取的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)系统上电启动后，主、从处理节点通过FPGA中的节点地址广播器向相邻处理节点广播自身的地址；同时各个处理节点接收其它相邻节点处理器的地址，将其记录在FPGA中的存储器中；

(2)分布式多DSP系统的各个节点DSP之间的关系抽象成为一张无向、连通图，节点DSP为图的顶点，节点间的通信路径为图的边，选取主处理节点M作为图的起始点，称为顶点M；以顶点M为起始点，按照从处理节点与M的路径长度1，2，3，……，N，将从处理节点分为N层，分别称为路径长度为n＝1，2，3，……，N的从处理节点；

(3)主处理节点启动后从Flash存储器加载自己的程序代码；Flash存储器里也包含其他从处理节点的程序代码；

(4)主处理节点获取并记录了路径长度为1的从处理节点的地址，并从Flash存储器中搜寻出相应的程序代码，加载路径长度为1的从处理节点；

(5)路径长度为1的从处理节点获取并记录了路径长度为2的从处理节点的地址，并将其地址信息传输至顶点M，顶点M从Flash存储器中搜寻出路径长度为2的节点的相应程序代码，令路径长度为1的节点加载路径长度为2的从处理节点；

(6)重复进行步骤(5)，直至路径长度为N的从处理节点的程序代码被加载；

(7)至此，主处理节点M获得了所有从处理节点的网络拓扑结构；

(8)主处理节点将分布式DSP系统的网络拓扑结构传输给其他从处理节点。

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