一種基于雙處理器的信息處理平臺的設計

摘要：當今嵌入式信息處理系統(tǒng)應用日益廣泛，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計，該設計使用兩種不同的DSP芯片TMS320C6202和ADSP2187分別作為主從處理器，處理器之間使用IDMA接口進行通信，DSP協(xié)同工作完成大量數據采集和計算工作。

0 引言

隨著嵌入式應用領域的迅速擴大，對嵌入式的軟硬件設計的要求更高。在彈載嵌入式系統(tǒng)設計中，對模塊的實時性和數據采集等方面有著更為嚴格的需求。在這種隋況下，對硬件設計提出更高的要求，不僅要求解算速度快，且處理的控制算法也越來越復雜，使得計算量變大，占用了大量的時間，造成時序緊張。一個DSP的計算控制能力已經不能滿足型號研制需求，綜合考慮多種方案，就技術的成熟性、可行性及型號研制周期考慮，在計算機的計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)點在于可以通過計算能力的均勻分布，使系統(tǒng)具有較好的冗余能力、更快的處理速度、模塊化的體系結構。

本文介紹一種基于雙DSP的信息處理平臺的設計，該設計雖然成本不高，但是可在某彈載信息處理系統(tǒng)中高實時性的完成各種數據的采集和計算。

1 系統(tǒng)總體設計

該信息處理平臺采用雙處理器設計，從而實現(xiàn)采集量大、運算復雜、實時性強的需求。雙處理器采用了TMS320C6202B和ADSP2187N，前者作為主處理器，用于數據的運算、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據輸入輸出、離散量輸出控制等。兩者之間通過內部直接存儲器存取 (IDMA)通道進行通信，該設計能夠高效率、高可靠性的完成多路數據采集和處理等功能。

2 系統(tǒng)硬件設計

該處理模塊結構如圖1，DSP模塊含有兩片DSP以及時鐘電路和控制電路。IO模塊主要含有模擬、數字電路用于數據采集。

雙DSP方案選用型號研制中已經成熟應用的DSP作為處理器，采用主從式設計結構。主從DSP協(xié)調配合，共同完成軟件功能。

2.1 DSP模塊

DSP模塊包括兩個DSP芯片，其中C6202B是DSP模塊上的主處理器，它負責整個處理平臺的任務管理、調度以及數值計算。ADSP2187N是 DSP模塊上的從處理器，它執(zhí)行來自IDMA接口的程序，負責管理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片雙路運算放大器TLC4502ID將外部幅值為±15V的模擬輸入信號整形降壓，經過AD73360AR轉換為數字信號，再經過總線緩沖器74LVC244A隔離驅動輸入到從處理器ADSP2187N，在設計中模擬量量的輸入采用兩片AD73360級聯(lián)結構方式實現(xiàn)。級聯(lián)方式如圖3。

D/A電路完成將數字信號轉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數據線輸出，輸出后由經16373鎖存后輸出，并實現(xiàn)3.3V到5V電平轉換。離散量輸入信號經過另一片總線緩沖器74LVC244A空余的4路輸入到ADSP2187N。

3 軟件設計

3.1 設計思想

該信息處理平臺相應的軟件用于實現(xiàn)對應硬件設計的主從CPU的通訊和工作模式控制。

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

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

其次，在運行中，需要從處理器進行各種數據采集工作的時候，主處理器將對應需要運行的程序通過IDMA通道寫入到從處理器的內存空間，并通知從處理器運行程序進行數據采集。

最后，從處理器將采集結果同樣通過IDMA接口返回給主處理器，主處理器根據采集結果進行各種計算，可通過串行數據接口返回給上位機。

3.2 設計難點

使用了雙處理器導致雙處理器間的協(xié)調工作難度增大，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)議轉換成純數據文件，主處理器的程序將這些數據文件編譯在一起，這樣，兩個DSP工作程序就可結合在一起，可由主處理器的程序進行控制。主處理器程序運行期間需要從處理器工作，則從FLASH中將從處理器的運行數據文件通過IDMA通道直接加載到從處理器運行。這樣主處理器對整個系統(tǒng)的運行程序都是可控制的，也就可以對整個平臺的工作進行統(tǒng)一的調度。

4 結果分析

從同類型號設備的對比中看，使用雙DSP后，比類似型號中數據量采集的能力高出近一倍，同時也能很好滿足實時性要求，從軟件運行角度看，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、時間余量均有所提高。

5 結論

本文介紹的信息處理平臺，使用了不同公司的DSP，兩個DSP各有自己在嵌入式系統(tǒng)中的優(yōu)勢，但是關鍵在于兩者之間的信息高效協(xié)調工作的問題上，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)能夠實時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)定的進行通信和控制，該設計已在某彈載設備上進行使用，可滿足系統(tǒng)要求的實時性和高數據采集的要求。