一種基于雙處理器的信息處理平臺的設(shè)計(jì)

摘要：當(dāng)今嵌入式信息處理系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，嵌入式信息處理的效能成為需要解決的重要問題，文章介紹了一種基于雙DSP工作的信息處理平臺的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)使用兩種不同的DSP芯片TMS320C6202和ADSP2187分別作為主從處理器，處理器之間使用IDMA接口進(jìn)行通信，DSP協(xié)同工作完成大量數(shù)據(jù)采集和計(jì)算工作。

0 引言

隨著嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大，對嵌入式的軟硬件設(shè)計(jì)的要求更高。在彈載嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對模塊的實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)采集等方面有著更為嚴(yán)格的需求。在這種隋況下，對硬件設(shè)計(jì)提出更高的要求，不僅要求解算速度快，且處理的控制算法也越來越復(fù)雜，使得計(jì)算量變大，占用了大量的時(shí)間，造成時(shí)序緊張。一個(gè)DSP的計(jì)算控制能力已經(jīng)不能滿足型號研制需求，綜合考慮多種方案，就技術(shù)的成熟性、可行性及型號研制周期考慮，在計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力沒有足夠余量的條件下采用雙 DSP方案，即采用2塊DSP芯片。雙DSP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過計(jì)算能力的均勻分布，使系統(tǒng)具有較好的冗余能力、更快的處理速度、模塊化的體系結(jié)構(gòu)。

本文介紹一種基于雙DSP的信息處理平臺的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)雖然成本不高，但是可在某彈載信息處理系統(tǒng)中高實(shí)時(shí)性的完成各種數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該信息處理平臺采用雙處理器設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)采集量大、運(yùn)算復(fù)雜、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的需求。雙處理器采用了TMS320C6202B和ADSP2187N，前者作為主處理器，用于數(shù)據(jù)的運(yùn)算、處理以及對外部接口的通信，后者作為從處理器用于模擬量數(shù)據(jù)輸入輸出、離散量輸出控制等。兩者之間通過內(nèi)部直接存儲器存取 (IDMA)通道進(jìn)行通信，該設(shè)計(jì)能夠高效率、高可靠性的完成多路數(shù)據(jù)采集和處理等功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該處理模塊結(jié)構(gòu)如圖1，DSP模塊含有兩片DSP以及時(shí)鐘電路和控制電路。IO模塊主要含有模擬、數(shù)字電路用于數(shù)據(jù)采集。

雙DSP方案選用型號研制中已經(jīng)成熟應(yīng)用的DSP作為處理器，采用主從式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。主從DSP協(xié)調(diào)配合，共同完成軟件功能。

2.1 DSP模塊

DSP模塊包括兩個(gè)DSP芯片，其中C6202B是DSP模塊上的主處理器，它負(fù)責(zé)整個(gè)處理平臺的任務(wù)管理、調(diào)度以及數(shù)值計(jì)算。ADSP2187N是 DSP模塊上的從處理器，它執(zhí)行來自IDMA接口的程序，負(fù)責(zé)管理IO處理模塊上的模擬量采集與輸出、離散量的輸入。雙處理器關(guān)系如圖2：

IDMA接口是主處理器與從處理器通訊的通道，C6202B可以通過ADSP2187N的IDMA接口直接訪問其片上RAM。此外，ADSP2187N沒有片內(nèi)可固化程序的存儲器，它的程序要C6202B通過ADSP2187N的IDMA接口來加載。

2.2 IO模塊

IO模塊主要用于進(jìn)行離散量的輸入輸出，以及模擬量信號的采集和輸出。

AD電路前端采用8片雙路運(yùn)算放大器TLC4502ID將外部幅值為±15V的模擬輸入信號整形降壓，經(jīng)過AD73360AR轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過總線緩沖器74LVC244A隔離驅(qū)動輸入到從處理器ADSP2187N，在設(shè)計(jì)中模擬量量的輸入采用兩片AD73360級聯(lián)結(jié)構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)。級聯(lián)方式如圖3。

D/A電路完成將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號輸出的功能。DAC7714UB采用SPI總線接口與ADSP2187N連接。

離散量由ADSP2187N數(shù)據(jù)線輸出，輸出后由經(jīng)16373鎖存后輸出，并實(shí)現(xiàn)3.3V到5V電平轉(zhuǎn)換。離散量輸入信號經(jīng)過另一片總線緩沖器74LVC244A空余的4路輸入到ADSP2187N。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思想

該信息處理平臺相應(yīng)的軟件用于實(shí)現(xiàn)對應(yīng)硬件設(shè)計(jì)的主從CPU的通訊和工作模式控制。

從處理器ADSP2187N沒有內(nèi)置的非易失數(shù)據(jù)存儲空間，如果需要在該DSP上運(yùn)行程序，必須通過各種數(shù)據(jù)通信接口從外部加載，該信息處理平臺通過IDMA通道，將數(shù)據(jù)從主處理器的FLASH上加載到從處理器。

首先，需要使用ADSP2187N的編譯工具將運(yùn)行于ADSP2187N上的程序按照協(xié)議生成純數(shù)據(jù)文件，該文件可被C6202B主處理器上的程序識別。

其次，在運(yùn)行中，需要從處理器進(jìn)行各種數(shù)據(jù)采集工作的時(shí)候，主處理器將對應(yīng)需要運(yùn)行的程序通過IDMA通道寫入到從處理器的內(nèi)存空間，并通知從處理器運(yùn)行程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

最后，從處理器將采集結(jié)果同樣通過IDMA接口返回給主處理器，主處理器根據(jù)采集結(jié)果進(jìn)行各種計(jì)算，可通過串行數(shù)據(jù)接口返回給上位機(jī)。

3.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

使用了雙處理器導(dǎo)致雙處理器間的協(xié)調(diào)工作難度增大，雖然主從處理器有各自的優(yōu)勢，但使用兩種不同的DSP，尤其是各自的編譯環(huán)境不同，則對軟件實(shí)現(xiàn)要求比較高，C62 02B需要使用CCStudiov3.3環(huán)境，ADSP2187N需要使用Vistlal DSP++環(huán)境，兩種處理器的編譯環(huán)境完全不同。為了解決該問題，將從處理器上的程序編譯后通過協(xié)議轉(zhuǎn)換成純數(shù)據(jù)文件，主處理器的程序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)文件編譯在一起，這樣，兩個(gè)DSP工作程序就可結(jié)合在一起，可由主處理器的程序進(jìn)行控制。主處理器程序運(yùn)行期間需要從處理器工作，則從FLASH中將從處理器的運(yùn)行數(shù)據(jù)文件通過IDMA通道直接加載到從處理器運(yùn)行。這樣主處理器對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行程序都是可控制的，也就可以對整個(gè)平臺的工作進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度。

4 結(jié)果分析

從同類型號設(shè)備的對比中看，使用雙DSP后，比類似型號中數(shù)據(jù)量采集的能力高出近一倍，同時(shí)也能很好滿足實(shí)時(shí)性要求，從軟件運(yùn)行角度看，由于使用了雙DSP，對軟件的要求雖然有了更高的要求，但是對于軟件空間、時(shí)間余量均有所提高。

5 結(jié)論

本文介紹的信息處理平臺，使用了不同公司的DSP，兩個(gè)DSP各有自己在嵌入式系統(tǒng)中的優(yōu)勢，但是關(guān)鍵在于兩者之間的信息高效協(xié)調(diào)工作的問題上，本文介紹的硬件方案，可最大的利用了兩DSP的優(yōu)勢，使得系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)快速的完成信息處理工作。提出的軟件方案使得雙DSP可以穩(wěn)定的進(jìn)行通信和控制，該設(shè)計(jì)已在某彈載設(shè)備上進(jìn)行使用，可滿足系統(tǒng)要求的實(shí)時(shí)性和高數(shù)據(jù)采集的要求。