基于DSP芯片的分級分布式管理系統設計

關(guān)鍵詞：DSP 分級分布 FIFO 中斷

1 概述

1.1 背景

數字信號處理器（DSP）一般是用來(lái)運行核心數據處理算法的，但在一些特殊的環(huán)境中，必須使用DSP來(lái)承擔管理控制單元的核心片芯。本文給出一套分級分布式圖像處理系統，其中的管理計算機的核心芯片是AD公司的浮點(diǎn)DSP（ADSP21020）。它不僅承擔著(zhù)對圖像處理系統的管理控制任務(wù)，還必須實(shí)時(shí)響應執行上級1553總線(xiàn)的關(guān)鍵指令。本文重點(diǎn)討論基于DSP芯片管理計算機對兩級分布式系統的協(xié)調控制。

1.2 系統介紹

此套圖像處理系統是一個(gè)分布式計算機系統，共由5個(gè)模塊組成，包括預處理單元、海量存儲器、離線(xiàn)數據并行處理單元、通信單元和管理計算機。其中管理計算機是這套系統的控制核心，通過(guò)RS485總線(xiàn)管理內部系統，并通過(guò)1553總線(xiàn)和上級系統通信。

管理計算機對內部控制的功能分為兩類(lèi)：實(shí)時(shí)控制和非實(shí)時(shí)控制。實(shí)時(shí)控制針對時(shí)序要求嚴格且需實(shí)時(shí)響應的任務(wù)。管理計算機通過(guò)獨享的RS422串行總線(xiàn)向CCD探測器和通信單元提供控制脈沖。非實(shí)時(shí)控制針對不求時(shí)間精確，甚至可以被其它程序中斷的信號，即傳送指令、數據的串行總線(xiàn)RS485，作為控制核心的管理計算機，通過(guò)它和其它單元交換數據，查詢(xún)健康狀態(tài)。

管理計算機的設計關(guān)鍵在于兩級分布式系統間的協(xié)調，包括RS485總線(xiàn)與1553總線(xiàn)的并行管理，以及接受外部控制和管理內部單元兩種工作模式的切換。兩級分布式系統如圖1所示。本文主要針對這一部分進(jìn)行討論。

2 管理計算機的設計

2.1 管理計算機的工作分析

管理計算機有兩種工作方式：①接收1553總線(xiàn)指令和數據；②管理控制圖像處理系統內部單元。1553總線(xiàn)發(fā)來(lái)的信息主要包括處理任務(wù)類(lèi)型、工作時(shí)間、工作次數、狀態(tài)檢測等。管理計算機對內管理的任務(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。

管理計算機接收1553總線(xiàn)指令和數據的優(yōu)先級顯然要高于對內部管理的工作。一般情況下，管理計算機總是處于對內部管理工作狀態(tài)，因此當1553總線(xiàn)有命令發(fā)來(lái)時(shí)，必須中斷其對內的管理工作，保存工作狀態(tài)，響應上層1553總線(xiàn)的命令。

1553總線(xiàn)中斷管理計算機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)論管理計算機正在進(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算機將本次通信任務(wù)執行完畢，再響應1553總線(xiàn)中斷?？紤]到1553總線(xiàn)發(fā)來(lái)的命令沒(méi)有非常荷刻的時(shí)間要求，同時(shí)考慮到設計的復雜性，在圖像處理系統中采用了第二種策略，即不精確中斷。

由于設計采用不精確中斷，則1553總線(xiàn)發(fā)來(lái)的命令得不到及時(shí)的響應，必須使用緩沖策略。這里采用具有先進(jìn)先出功能的FIFO雙口存儲器。它可以自動(dòng)接收并暫時(shí)存儲來(lái)自1553總線(xiàn)的數據，同時(shí)管理計算機也通過(guò)FIFO向1553總線(xiàn)發(fā)送數據。

管理計算機單元的功能框圖如圖2所示。

2.2 1553總線(xiàn)接口設計

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

1553總線(xiàn)接口設計如圖3所示。

2.3 RS485接口設計

RS485接口由并串轉換芯片TL16C550和RS485驅動(dòng)接收器MAX489實(shí)現，如圖4所示。

2.4 1553總線(xiàn)與RS485總線(xiàn)的協(xié)調

管理計算機的程序包括三部分：1553總線(xiàn)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(xiàn)通信程序通過(guò)FIFO的中斷方式實(shí)現，而RS485總線(xiàn)通信程序響應TL16C550的中斷。DSP有四根用戶(hù)中斷線(xiàn)。由于1553總線(xiàn)中斷的優(yōu)先級大于RS485總線(xiàn)，因此，在DSP內部將中斷向量1553總線(xiàn)設在優(yōu)先級更高的部分。

程序控制流程如圖5所示。

3 原理樣機調試結果

3.1 RS485總線(xiàn)調試

RS485總線(xiàn)通信協(xié)議采用NRM（正常響應模式）。系統中其它單元不能直接向管理計算機發(fā)送信息，必須由管理計算機發(fā)送命令，由它們響應命令。各被控單元之間的通信必須通過(guò)管理計算機進(jìn)行。相應的數據傳輸包括圖像時(shí)間、圖像區域、儀器的工作狀態(tài)（溫度、壓力等）、工作模態(tài)。數據幀格式如下：

控制字：指令、數據標識。

測試結果：

①各類(lèi)數據接收無(wú)誤；

②收方可以啟動(dòng)自檢程序，并返回相應信息。

3.2 1553總線(xiàn)接口調試

FIFO中斷線(xiàn)連接到DSP的最高優(yōu)先級INTR0，管理計算機作為1553總線(xiàn)的RT，解釋執行1553標準幀格式指令。

測試結果：

①當管理計算機空閑時(shí)，可以及時(shí)響應1553總線(xiàn)中斷；

②當管理計算機向RS485發(fā)送信息時(shí)，可以正確響應1553總線(xiàn)中斷；

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

結語(yǔ)

本文討論了基于DSP的管理系統設計，重點(diǎn)是兩級分布式系統之間的協(xié)調。在1553總線(xiàn)中斷上，如果采用精確中斷，程序會(huì )很復雜，但對于實(shí)時(shí)控制系統會(huì )有很大益處。由于這套系統高層命令的實(shí)時(shí)性并不是很強，采用非精確中斷就足夠了。