一種基于多DSP協(xié)同工作的控制系統(tǒng)

　　2.2 任務(wù)分配策略

　　一般情況下，多處理機(jī)任務(wù)分配問題是NP-完全的，通常是根據(jù)具體應(yīng)用需求，確定一個可行的、比較滿意的任務(wù)分配策略。任務(wù)分配的目的是合理配置系統(tǒng)資源，設(shè)法減少系統(tǒng)中各處理器間的通信開銷和執(zhí)行模塊所需的開銷。均衡負(fù)載是將系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)合理地分配給系統(tǒng)中各處理機(jī)，最大限度地提高系統(tǒng)的吞吐量。一般來說，減少系統(tǒng)的通信量和均衡負(fù)載是相互矛盾的。因此，任務(wù)分配策略也就是最大限度地減少系統(tǒng)中各子系統(tǒng)間的通信量，同時均衡各子系統(tǒng)的負(fù)載，以此提高整個系統(tǒng)的性能。

　　系統(tǒng)的任務(wù)分配有兩種方式：自動方式和人工方式。自動分配方式是根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)和各子系統(tǒng)任務(wù)量的估計確定任務(wù)分配策略，通過軟件自動為各子系統(tǒng)分配任務(wù)。人工分配方式是測控中心通過指令為子系統(tǒng)分配任務(wù)。

　　不妨假設(shè)系統(tǒng)是由N個組件構(gòu)成的一個分布式系統(tǒng)，承擔(dān)的任務(wù)為T，則：

        T={Ti|0≤i＜M}，Ti為最小任務(wù)分割。

　　構(gòu)造任務(wù)分配集合V：

　　確定任務(wù)分配策略TAS(Task Allocate Strategy)：

　　在實際應(yīng)用中，任務(wù)分配策略受多種因素的制約和影響，如空間限制、信號干擾、通信距離等，所以，只能在一定條件下最大限度地滿足負(fù)載均衡、任務(wù)間最小通信量等任務(wù)分配原則。

　　在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，考慮到信號干擾和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，將系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)主要分為信號的采集/預(yù)處理(SP)、信號運(yùn)算(SC)、過程控制(SO)。SP任務(wù)主要承擔(dān)23路模擬信號的采集、AD轉(zhuǎn)換、信號濾波等；SC任務(wù)主要承擔(dān)各類信號的運(yùn)算；SO任務(wù)主要承擔(dān)過程控制的參數(shù)計算、控制信號輸出、與測控中心實時交互等。經(jīng)過測試，CPU對于SP、SC、SO任務(wù)的負(fù)載基本均衡，三個子系統(tǒng)之間的通信量基本相同。將承擔(dān)SP任務(wù)的子系統(tǒng)盡量放置在信號源附近，將承擔(dān)SO任務(wù)的子系統(tǒng)盡量放置在控制部件附近，可以減小信號的干擾，同時也能減少數(shù)據(jù)的通信量?；谝陨弦蛩氐目紤]，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)，確定如表1所示的任務(wù)分配策略。

　　2.3 系統(tǒng)的協(xié)同工作

　　系統(tǒng)協(xié)同工作包括系統(tǒng)資源的統(tǒng)一調(diào)配(CPU、各類存儲器、事件管理器、GPIO等)、根據(jù)實際需求和系統(tǒng)狀態(tài)確定任務(wù)分配策略以及為各子系統(tǒng)分配任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)變化時，重新配置系統(tǒng)資源、確定任務(wù)分配策略，為每個子系統(tǒng)重新分配任務(wù)(見圖4)。該系統(tǒng)正常工作時，三個子系統(tǒng)分別承擔(dān)信號采集/預(yù)處理、信號運(yùn)算和過程控制任務(wù)；當(dāng)一個或兩個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)通過CAN總線檢測各子系統(tǒng)情況，確定系統(tǒng)的狀態(tài)，根據(jù)任務(wù)分配策略，由其余子系統(tǒng)代替故障子系統(tǒng)的任務(wù)。當(dāng)線路出現(xiàn)故障時，由測控中心通過串口發(fā)送指令，人工分配任務(wù)，保證系統(tǒng)正常工作。

　　2.4 輔助通信、與測控中心交互

　　系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)構(gòu)成，每個子系統(tǒng)有四路RS422串口，記作Ai、Bi、Ci(i=1、2、3、4)。根據(jù)任務(wù)的需求，Ai、Bi、Ci連接在一起，分別完成信息采集、子系統(tǒng)之間輔助通信、與測控中心交互的任務(wù)。

　　與測控中心實時交互的目的是：一方面將系統(tǒng)狀態(tài)和各種參數(shù)傳送到測控中心；另一方面，測控中心可以發(fā)送指令，完成指定的任務(wù)。

　　測控中心實時監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當(dāng)CAN總線工作正常時，系統(tǒng)自動完成任務(wù)分配等任務(wù)；當(dāng)CAN總線出現(xiàn)斷路或其他線路故障時，測控中心發(fā)送指令給系統(tǒng)，人工分配任務(wù)，保證系統(tǒng)正常工作。

　　根據(jù)任務(wù)的需求，三個子系統(tǒng)的串口Ai、Bi、Ci(i=1、2、3、4)連接在一起發(fā)送數(shù)據(jù)時會發(fā)生沖突，因此，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)各串口的工作狀態(tài)確定線路狀態(tài)，根據(jù)線路狀態(tài)決定對串口的讀寫。

　　本文介紹了由三個DSP嵌入式子系統(tǒng)構(gòu)成的基于CAN總線的分布式系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計方案，著重分析了各子系統(tǒng)之間協(xié)同工作的方式。該系統(tǒng)充分利用了分布式系統(tǒng)的并發(fā)性和可靠性等特點，在滿足多路信號實時處理、多個過程控制、與測控中心實時交互等要求的基礎(chǔ)上，采用自動分配任務(wù)和指令分配任務(wù)相結(jié)合的方式，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。實驗仿真和現(xiàn)場測試表明，該系統(tǒng)不僅滿足了任務(wù)要求，而且還具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。

　　參考文獻(xiàn)

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