I2C總線通信技術(shù)在球形機(jī)器人雙DSP控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　球形機(jī)器人控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)

　　筆者所在科研團(tuán)隊(duì)新近研制了一種新型球形機(jī)器人，該機(jī)器人能自動(dòng)掃描和跟蹤目標(biāo)，并可根據(jù)圖像傳感器采集到的數(shù)據(jù)自主對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和判斷，屬于典型的機(jī)器視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制相互協(xié)調(diào)、并行工作的系統(tǒng)。在搭建該球形機(jī)器人控制系統(tǒng)時(shí)，筆者采用了DSP C6000+C2000的雙核架構(gòu)。其中，C6000芯片主要用來(lái)對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)圖像信息進(jìn)行分析和處理，完成目標(biāo)識(shí)別和判斷，并輸出處理結(jié)果;C2000芯片主要用來(lái)接收C6000芯片的處理結(jié)果，并完成相應(yīng)的任務(wù)管理，如視覺(jué)系統(tǒng)云臺(tái)的掃描運(yùn)動(dòng)、防御功能的實(shí)現(xiàn)等等。該機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　在C6000芯片的選型上，選擇了TMS320DM6437(以下簡(jiǎn)稱DM6437)芯片，它是目前TI公司的TMS320C6000系列中性能較好的定點(diǎn)DSP之一。在C2000芯片的選擇上，選擇了TMS320F28015(以下簡(jiǎn)稱F28015)芯片，它是TI公司推出的低成本，低功耗，基于TMS320C28x內(nèi)核的定點(diǎn)控制器芯片。

　　DSP C6000+C2000的組合架構(gòu)形式，既解決了C6000控制能力稍顯不足的問(wèn)題，又克服了C2000圖像處理功能薄弱的缺點(diǎn)，可以最大程度地滿足球形機(jī)器人控制系統(tǒng)在綜合性能上的需求。但是，引入了強(qiáng)大的雙DSP系統(tǒng)后，隨之而來(lái)的便是兩者之間的通信問(wèn)題，若處理不好，反而會(huì)適得其反。因此，雙DSP芯片間的通信接口的設(shè)計(jì)是保證整體機(jī)器人控制系統(tǒng)能完成高效協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵所在。

　　球形機(jī)器人控制系統(tǒng)雙處理器通信接口方案的選擇

　　筆者在研究過(guò)程中曾仔細(xì)分析過(guò)雙DSP架構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)C6000與C2000硬連接的接口方式可以多種多樣，如串口(UART)連接、USB連接、以太網(wǎng)(Ethernet)連接、HPI并行連接、I²C總線連接等。這些方式各有優(yōu)缺點(diǎn)和各自的適應(yīng)場(chǎng)合，須考慮自身功能和外部環(huán)境的需求來(lái)合理選擇。表1給出了上述幾種信號(hào)傳輸接口的各自性能比較。

　　從表1中可以看出，I²C為片內(nèi)總線接口，其接口連接簡(jiǎn)單可靠，非常適合于短距離高效通信。注意到DM6437和F28015片上都擁有I²C模塊，且將雙DSP做在同一塊PCB板上可以大大減小控制板卡的尺寸，降低電磁干擾，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。采用這樣的硬件設(shè)計(jì)思路后，片內(nèi)總線就應(yīng)該成為首選的通信方式了。而I²C通信是一種很簡(jiǎn)捷高效的片內(nèi)總線，其不占用芯片額外資源，除了通信可靠性高外，該接口的硬件設(shè)計(jì)難度也較小，因此，新型球形機(jī)器人控制系統(tǒng)最終確定I²C接口為雙DSP的通信接口方式。

　　球形機(jī)器人控制系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)

　　I²C總線介紹

　　I²C總線(Inter IC Bus)是一種用于IC器件之間連接的二進(jìn)制總線。它通過(guò)SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCI(并行時(shí)鐘線)兩根線，在連到總線上的器件之間傳送數(shù)據(jù)。它根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)支持I²C接口的器件。