采用DSP芯片的分級(jí)分布式管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

概述：通過(guò)一個(gè)兩級(jí)分布式圖像處理系統(tǒng)中管理計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)，闡述基于DSP的控制電路的設(shè)計(jì)方法以及對(duì)兩級(jí)分布式系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制；給出原理樣機(jī)的調(diào)試結(jié)果和進(jìn)一步的討論。

1 概述

1.1 背景

數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）一般是用來(lái)運(yùn)行核心數(shù)據(jù)處理算法的，但在一些特殊的環(huán)境中，必須使用DSP來(lái)承擔(dān)管理控制單元的核心片芯。本文給出一套分級(jí)分布式圖像處理系統(tǒng)，其中的管理計(jì)算機(jī)的核心芯片是AD公司的浮點(diǎn)DSP（ADSP21020）。它不僅承擔(dān)著對(duì)圖像處理系統(tǒng)的管理控制任務(wù)，還必須實(shí)時(shí)響應(yīng)執(zhí)行上級(jí)1553總線的關(guān)鍵指令。本文重點(diǎn)討論基于DSP芯片管理計(jì)算機(jī)對(duì)兩級(jí)分布式系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。

1.2 系統(tǒng)介紹

此套圖像處理系統(tǒng)是一個(gè)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，共由5個(gè)模塊組成，包括預(yù)處理單元、海量存儲(chǔ)器、離線數(shù)據(jù)并行處理單元、通信單元和管理計(jì)算機(jī)。其中管理計(jì)算機(jī)是這套系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)RS485總線管理內(nèi)部系統(tǒng)，并通過(guò)1553總線和上級(jí)系統(tǒng)通信。

??? 管理計(jì)算機(jī)對(duì)內(nèi)部控制的功能分為兩類：實(shí)時(shí)控制和非實(shí)時(shí)控制。實(shí)時(shí)控制針對(duì)時(shí)序要求嚴(yán)格且需實(shí)時(shí)響應(yīng)的任務(wù)。管理計(jì)算機(jī)通過(guò)獨(dú)享的RS422串行總線向CCD探測(cè)器和通信單元提供控制脈沖。非實(shí)時(shí)控制針對(duì)不求時(shí)間精確，甚至可以被其它程序中斷的信號(hào)，即傳送指令、數(shù)據(jù)的串行總線RS485，作為控制核心的管理計(jì)算機(jī)，通過(guò)它和其它單元交換數(shù)據(jù)，查詢健康狀態(tài)。

管理計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于兩級(jí)分布式系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)，包括RS485總線與1553總線的并行管理，以及接受外部控制和管理內(nèi)部單元兩種工作模式的切換。兩級(jí)分布式系統(tǒng)如圖1所示。本文主要針對(duì)這一部分進(jìn)行討論。

2 管理計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 管理計(jì)算機(jī)的工作分析

管理計(jì)算機(jī)有兩種工作方式：①接收1553總線指令和數(shù)據(jù)；②管理控制圖像處理系統(tǒng)內(nèi)部單元。1553總線發(fā)來(lái)的信息主要包括處理任務(wù)類型、工作時(shí)間、工作次數(shù)、狀態(tài)檢測(cè)等。管理計(jì)算機(jī)對(duì)內(nèi)管理的任務(wù)包括相關(guān)圖像公用信息的傳輸，比如圖像生成時(shí)間、地點(diǎn)等，以及健康狀態(tài)檢測(cè)。

??? 管理計(jì)算機(jī)接收1553總線指令和數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)顯然要高于對(duì)內(nèi)部管理的工作。一般情況下，管理計(jì)算機(jī)總是處于對(duì)內(nèi)部管理工作狀態(tài)，因此當(dāng)1553總線有命令發(fā)來(lái)時(shí)，必須中斷其對(duì)內(nèi)的管理工作，保存工作狀態(tài)，響應(yīng)上層1553總線的命令。

1553總線中斷管理計(jì)算機(jī)的工作可以有兩種不同的方式：精確中斷和不精確中斷。精確中斷即是無(wú)論管理計(jì)算機(jī)正在進(jìn)行什么工作，必須立刻中止。不精確中斷是指必須等待管理計(jì)算機(jī)將本次通信任務(wù)執(zhí)行完畢，再響應(yīng)1553總線中斷。考慮到1553總線發(fā)來(lái)的命令沒(méi)有非常荷刻的時(shí)間要求，同時(shí)考慮到設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，在圖像處理系統(tǒng)中采用了第二種策略，即不精確中斷。

由于設(shè)計(jì)采用不精確中斷，則1553總線發(fā)來(lái)的命令得不到及時(shí)的響應(yīng)，必須使用緩沖策略。這里采用具有先進(jìn)先出功能的FIFO雙口存儲(chǔ)器。它可以自動(dòng)接收并暫時(shí)存儲(chǔ)來(lái)自1553總線的數(shù)據(jù)，同時(shí)管理計(jì)算機(jī)也通過(guò)FIFO向1553總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

管理計(jì)算機(jī)單元的功能框圖如圖2所示。

??? 2.2 1553總線接口設(shè)計(jì)

1553總線RT板卡與管理計(jì)算機(jī)的接口通過(guò)一塊共享雙口FIFO緩沖存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。FIFO要用CY7C439雙向存儲(chǔ)器。

1553總線接口設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.3 RS485接口設(shè)計(jì)

RS485接口由并串轉(zhuǎn)換芯片TL16C550和RS485驅(qū)動(dòng)接收器MAX489實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。

2.4 1553總線與RS485總線的協(xié)調(diào)

管理計(jì)算機(jī)的程序包括三部分：1553總線通信程序、RS485通信程序和RS485狀態(tài)保存程序。它們的通信方式都是通過(guò)中斷進(jìn)行的。1553總線通信程序通過(guò)FIFO的中斷方式實(shí)現(xiàn)，而RS485總線通信程序響應(yīng)TL16C550的中斷。DSP有四根用戶中斷線。由于1553總線中斷的優(yōu)先級(jí)大于RS485總線，因此，在DSP內(nèi)部將中斷向量1553總線設(shè)在優(yōu)先級(jí)更高的部分。

??? 程序控制流程如圖5所示。

3 原理樣機(jī)調(diào)試結(jié)果

3.1 RS485總線調(diào)試

RS485總線通信協(xié)議采用NRM（正常響應(yīng)模式）。系統(tǒng)中其它單元不能直接向管理計(jì)算機(jī)發(fā)送信息，必須由管理計(jì)算機(jī)發(fā)送命令，由它們響應(yīng)命令。各被控單元之間的通信必須通過(guò)管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行。相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸包括圖像時(shí)間、圖像區(qū)域、儀器的工作狀態(tài)（溫度、壓力等）、工作模態(tài)。數(shù)據(jù)幀格式如下：

控制字：指令、數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)。

測(cè)試結(jié)果：

①各類數(shù)據(jù)接收無(wú)誤；

②收方可以啟動(dòng)自檢程序，并返回相應(yīng)信息。

3.2 1553總線接口調(diào)試

FIFO中斷線連接到DSP的最高優(yōu)先級(jí)INTR0，管理計(jì)算機(jī)作為1553總線的RT，解釋執(zhí)行1553標(biāo)準(zhǔn)幀格式指令。

測(cè)試結(jié)果：

①當(dāng)管理計(jì)算機(jī)空閑時(shí)，可以及時(shí)響應(yīng)1553總線中斷；

②當(dāng)管理計(jì)算機(jī)向RS485發(fā)送信息時(shí)，可以正確響應(yīng)1553總線中斷；

③當(dāng)管理計(jì)算機(jī)接收RS485信息時(shí)，發(fā)送方無(wú)法得知中斷狀態(tài)，仍然繼續(xù)發(fā)送。解決方法是中斷返回后，管理計(jì)算機(jī)向該設(shè)備發(fā)送要求重新傳送的指令。

結(jié)語(yǔ)

本文討論了基于DSP的管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是兩級(jí)分布式系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。在1553總線中斷上，如果采用精確中斷，程序會(huì)很復(fù)雜，但對(duì)于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)有很大益處。由于這套系統(tǒng)高層命令的實(shí)時(shí)性并不是很強(qiáng)，采用非精確中斷就足夠了。