DE3733772C2

DE3733772C2 - Multi-Signalprozessorsystem

Info

Publication number: DE3733772C2
Application number: DE19873733772
Authority: DE
Inventors: Ernst Eberlein; Heinz Gerhaeuser; Harald Popp; Dieter Seitzer; Hartmut Schott
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2007-10-07
Also published as: DE3733772A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Multi-Signalprozessorsystem mit mehreren digitalen Signalverarbeitungsmodulen, gemäß dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs.

Derartige Multi-Signalprozessorsysteme werden beispielsweise bei der Verarbeitung und insbesondere der Datenreduktion von digitalen Musiksignalen, aber auch in vielen anderen Einsatzgebieten, wie der Radartechnik, der Mustererkennung etc. benötigt.

Ein gattungsgemäßes Multi-Signalprozessorsystem mit mehreren digitalen Signalverarbeitungsmodulen, die einen Datenstrom abarbeiten, einem lokalen Kommunikationskanal, der den Datenverkehr zwischen benachbarten Modulen abwickelt, und einem globalen Kommunikationskanal, den ein Kommunikationskontroller steuert, ist aus dem Zeitschriftenartikel "Vorteile des kaskadierbaren Signalprozessors" von Peter Eckelmann in "Elektronik" 1986, S. 149 bis 156 bekannt. Dieses bekannte Multi-Signalprozessorsystem ermöglicht zwar eine einfache Steuerung der einzelnen digitalen Signalverarbeitungsmodule, es ist aber kein wahlfreier Datenaustausch und vor allem keine dynamische Datenpfadumverteilung zwischen den einzelnen Signalverarbeitungsmodulen möglich:

Eine über den von einem Mikroprozessor gesteuerten Kommunikationskanal abgewickelte Datenpfadverteilung wäre nämlich im Vergleich zu den kaskadierten Signalverarbeitungsmodulen zu langsam, so daß der globale Kommunikationskanal ausschließlich zur Systemsteuerung benutzt werden kann.

Einzel-Signalprozessoren, die u. U. auch in Multi-Signalprozessorsystemen einsetzbar sind, sind aus der US-PS 38 12 470 und den Zeitschriftenartikeln "UDPI 01 - ein neuer Universal-Digital-Signalprozessor" von Dieter Baecher in "der elektroniker", 1986, S. 32 bis 39 und "Signalprozessoren: Paradepferde der Digitaltechnik" in "Funkschau", 1986, S. 51 bis 53 bekannt.

Die bekannten Signalprozessoren sind so aufgebaut, daß der Datenfluß zwischen den einzelnen Signalverarbeitungsmodulen fest verdrahtet oder mittels eines Programms gesteuert wird. In jedem Falle ist bei den bekannten Systemen der Datenfluß schwer zu ändern oder erreicht keine ausreichend hohen Durchsatzraten, wie sie für die digitale Signalverarbeitung im Audiobereich benötigt werden. Eine optimale Anpassung an die jeweilige Aufgabe erfordert in der Regel eine Änderung der Hardware des Systems oder aufwendige Kommnunikationsstrukturen, wie beispielsweise Kreuzschienenverteiler.

Die Adaption am Parameter, die nicht direkt aus dem eigentlichen Signal ableitbar ist, ist nicht oder nur mit erheblicher Einflußnahme auf den normalen Programmablauf möglich. Die Adaption unter Echtzeitbedingungen ist damit meistens ausgeschlossen.

Darüber hinaus ist die Programmentwicklung auf solchen Systemen aufwendig und erfordert in der Regel zusätzliche Einrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Multi-Signalprozessorsystem gemäß dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruchs derart weiterzubilden, daß ein wahlfreier Datenaustausch und eine dynamische Datenpfadverteilung zwischen den einzelnen Modulen möglich wird.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch angegeben.

Erfindungsgemäß besteht der globale Kommunikationskanal aus einem ersten, langsamen Kommunikationskanal, über den die Systembeobachtung und Systemsteuerung und/oder die Parameteradaption erfolgt, und einem zweiten schnellen Kommunikationskanal. Da der lokale Kommunikationskanal den Datenverkehr zwischen Nachbarmodulen abwickelt, kann der globale Kommunikationskanal weniger aufwendig gestaltet werden. Dennoch erlaubt es der zusätzliche Kommunikationskanal, daß der Datenfluß ohne Schaltungsänderung geändert werden kann, und daß eine Adaption ohne Einflußnahme auf das Programm möglich ist, so daß die Programmentwicklung erleichtert wird.

Die Aufteilung in einen ersten langsamen und einen zweiten schnellen Kommunikationskanal hat den Vorteil, daß das schnelle Kommunikationssignal immer dann, wenn Rekursionen benötigt werden oder sich der langsame globale und der lokale Kommunikationskanal gegenseitig beeinflussen, alle noch benötigten Datenpfade bereitstellt.

Weiterhin erlaubt der schnelle globale Kommunikationskanal einen wahlfreien Datenaustausch, der durch den als Vermittlungsknoten arbeitenden Kommunikationscontroller realisiert wird. Dabei ist insbsondere eine dynamische Datenpfadverteilung möglich, die daten- und/oder algorithmusabhängig sein kann.

Darüber hinaus ist eine Umverteilung der Verbindungen nach bestimmten Kriterien möglich, beispielsweise können die Verbindungen zyklisch umgeschaltet werden.

Das erfindungsgemäße Multi-Signalprozessorsystem unterstützt damit viele Parallelarbeitskonzepte, beispielsweise die Datenreduktion von Audiosignalen, aber auch andere digitale Signalverarbeitungsprobleme.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Multi-Signalprozessorsystems, und

Fig. 2 den Aufbau eines Moduls.

Fig. 1 zeigt ein Multi-Signalprozessorsystem, das ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens zur Sig nalverarbeitung von Audio-Stereo-Signalen ausgelegt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Ste reokanäle bereits nach der Signalquelle in einen linken Kanal L und einen rechten Kanal R zerlegt. Jeder Kanal weist digitale Signalverarbeitungsmodule M1, M2 bzw. M3 und M4 auf.

Zur Verbindung der Signalverarbeitungsmodule M1 ... M4 mit dem jeweils benachbarten Modul bzw. der digitalen Signal quelle für den jeweiligen Stereokanal und entsprechenden nachfolgenden Einheiten, wie Lautsprechern LS, ist ein erster Kommunikationskanal 1 vorgesehen. Da der Kommunika tionssignal 1 zur Signalverarbeitung in Art einer "Makro pipelining" dient, wird der Kommunikationskanal 1 auch als lokaler Kommunikationskanal bezeichnet.

Zusätzlich sind ein langsamer Kommunikationskanal 2 und ein schneller Kommunikationskanal 3 vorgesehen, die je weils eine globale Verbindung sämtlicher Module M1 ... M4 benötigen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Realisierung des langsamen Kommunikationskanals 2. Die Module M beste hen aus einem digitalen Signalprozessor DSP und einem Mikrocontroller MCU. Die Mikrocontroller der einzelnen Module sind in Reihe geschaltet. Über ein spezielles Soft ware-Protokoll wird die Verbindung aufgebaut und wieder unterbrochen. Der langsame globale Kommunikationskanal 2 ist damit in Art eines normalen lokalen Netzes aufgebaut, mit dem Unterschied, daß der Pfad dem lokalen System nicht bekannt ist und der Verbindungsaufbau von außen kontrol liert wird, also keine lokale Arbitrierung stattfindet.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der langsame Kommunikationskanal 2 für die Systemsteuerung und Parame teradaption verwendet. Der schnelle globale Kommunika tionskanal 3 stellt dagegen alle noch benötigten Datenpfa de bereit.

Der schnelle Kommunikationskanal wird mittels eines soge nannten Kommunikationscontrollers oder Kommunikationslin kers KL realisiert und hat gegenüber dem langsamen Kommu nikationskanal 2 Vorrang.

Die einzelnen Module werden in diesem Fall über einen mikroprozessorähnlichen Bus verbunden. Im Gegensatz zu den bekannten multimasterfähigen Bussen verhalten sich die einzelnen Module weitgehend passiv. Das System wird von dem übergeordneten "Kommunikationslinker" KL kontrolliert. Das System ist deshalb mit einem Master-Slave-System zu vergleichen. Es eröffnet jedoch gegenüber diesen viele neue Möglichkeiten:

Die Verbindungspfade sind nur dem übergeordneten Control ler KL bekannt. Der Datenaustausch wird aber von den ein zelnen Untermodulen angefordert. Den Verbindungsaufbau übernimmt dann der übergeordnete Controller. Er übernimmt aber nicht die Daten selbst, sondern stellt sie direkt einem anderen Modul oder auch mehreren Modulen zur Verfü gung, die entsprechend der Verbindungsstruktur die Daten benötigen. Es sind daher auch 1 auf n Verbindungen mög lich. Der Kommunikationscontroller fungiert im wesentli chen nur als Vermittlungsknoten.

Die lokale Datenverwaltung wird von den Untermodulen über nommen. Um die Anforderung an die Übertragungsraten der einzelnen Module gering zu halten, andererseits aber den Kommunikationskanal gut auszulasten, um einen hohen Ge samtdurchsatz zu erreichen, ist eine "Blockmultiplex übertragung möglich", d.h. es wird der Datenverkehr auf verschiedenen Pfaden quasi gleichzeitig abgewickelt.

Da die Datenpfade nur dem übergeordneten Controller be kannt sind, kann der Datenfluß leicht geändert werden, um eine optimale Anpassung an die Applikation zu gewähr leisten.

Die Datenpfadverteilung kann dabei datenabhängig sein, beispielsweise kann eine leichte Adaption an den Fall eines Stereopaars oder zwei getrennte Monokanäle, ein gestörter Kanal etc. erfolgen. Ferner kann die Daten pfadverteilung algorithmusabhängig gestaltet werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein Codierverfahren im ersten Durchlauf kein akzeptables Ergebnis gebracht hat und mit veränderten Parametern neu durchgeführt werden muß.

Darüber hinaus ist eine Umverteilung der Verbindungen nach bestimmten Schemen möglich, z.B. kann eine zyklische Um schaltung erfolgen.

Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Ausführungsbei spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan kens beschrieben worden, innerhalb dessen selbstverständ lich die verschiedensten Modifikationen möglich sind:

Selbstverständlich ist das beschriebene System nicht auf die Verwendung von zwei in Serie geschalteten Signalverar beitungsmodulen beschränkt; es können vielmehr so viele Signalverarbeitungsmodule in Reihe oder auch parallelge schaltet werden, wie dies für den einzelnen Einsatz zweck erforderlich ist.

Darüber hinaus ist das System nicht nur zur Verarbeitung digitalisierter Audiosignale, sondern auch zur Verarbei tung beliebiger Datensignale, wie beispielsweise von Ra darsignalen etc. verwendbar.

Claims

Multi-Signalprozessorsystem mit
- - mehreren digitalen Signalverarbeitungsmodulen (M1 . . . M4), die einen Datenstrom abarbeiten,
- - einem lokalen Kommunikationskanal (1), der den Datenverkehr zwischen benachbarten Modulen (M1 . . . M4) abwickelt, und
- - einem globalen Kommunikationskanal (2, 3), den ein Kommunikationscontroller (KL) steuert,
dadurch gekennzeichnet, daß der globale Kommunikationskanal aus einem ersten, langsamen Kommunikationskanal (2), über den die Systembeobachtung und -steuerung sowie die Parameteradaption erfolgt, und einem zweiten schnellen Kommunikationskanal (3) besteht, der Vorrang gegenüber dem langsamen globalen Kommunikationskanal (2) hat, und daß zum wahlfreien Datenaustausch und zur dynamischen Datenpfadverteilung der Kommunikationscontroller (KL) als Vermittlungsknoten arbeitet, und die Datenverteilung auf dem schnellen globalen Kommunikationskanal (3) daten- und/oder algorithmusabhängig steuert.