一種基于多DSP協(xié)同工作的控制系統

　　2.2 任務(wù)分配策略

　　一般情況下，多處理機任務(wù)分配問(wèn)題是NP-完全的，通常是根據具體應用需求，確定一個(gè)可行的、比較滿(mǎn)意的任務(wù)分配策略。任務(wù)分配的目的是合理配置系統資源，設法減少系統中各處理器間的通信開(kāi)銷(xiāo)和執行模塊所需的開(kāi)銷(xiāo)。均衡負載是將系統承擔的任務(wù)合理地分配給系統中各處理機，最大限度地提高系統的吞吐量。一般來(lái)說(shuō)，減少系統的通信量和均衡負載是相互矛盾的。因此，任務(wù)分配策略也就是最大限度地減少系統中各子系統間的通信量，同時(shí)均衡各子系統的負載，以此提高整個(gè)系統的性能。

　　系統的任務(wù)分配有兩種方式：自動(dòng)方式和人工方式。自動(dòng)分配方式是根據系統狀態(tài)和各子系統任務(wù)量的估計確定任務(wù)分配策略，通過(guò)軟件自動(dòng)為各子系統分配任務(wù)。人工分配方式是測控中心通過(guò)指令為子系統分配任務(wù)。

　　不妨假設系統是由N個(gè)組件構成的一個(gè)分布式系統，承擔的任務(wù)為T(mén)，則：

        T={Ti|0≤i＜M}，Ti為最小任務(wù)分割。

　　構造任務(wù)分配集合V：

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

　　在實(shí)際應用中，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(mǎn)足負載均衡、任務(wù)間最小通信量等任務(wù)分配原則。

　　在該系統的具體應用中，考慮到信號干擾和數據傳輸的要求，將系統承擔的任務(wù)主要分為信號的采集/預處理(SP)、信號運算(SC)、過(guò)程控制(SO)。SP任務(wù)主要承擔23路模擬信號的采集、AD轉換、信號濾波等；SC任務(wù)主要承擔各類(lèi)信號的運算；SO任務(wù)主要承擔過(guò)程控制的參數計算、控制信號輸出、與測控中心實(shí)時(shí)交互等。經(jīng)過(guò)測試，CPU對于SP、SC、SO任務(wù)的負載基本均衡，三個(gè)子系統之間的通信量基本相同。將承擔SP任務(wù)的子系統盡量放置在信號源附近，將承擔SO任務(wù)的子系統盡量放置在控制部件附近，可以減小信號的干擾，同時(shí)也能減少數據的通信量?；谝陨弦蛩氐目紤]，根據系統狀態(tài)，確定如表1所示的任務(wù)分配策略。

　　2.3 系統的協(xié)同工作

　　系統協(xié)同工作包括系統資源的統一調配(CPU、各類(lèi)存儲器、事件管理器、GPIO等)、根據實(shí)際需求和系統狀態(tài)確定任務(wù)分配策略以及為各子系統分配任務(wù)。當系統狀態(tài)變化時(shí)，重新配置系統資源、確定任務(wù)分配策略，為每個(gè)子系統重新分配任務(wù)(見(jiàn)圖4)。該系統正常工作時(shí)，三個(gè)子系統分別承擔信號采集/預處理、信號運算和過(guò)程控制任務(wù)；當一個(gè)或兩個(gè)子系統出現故障時(shí)，系統通過(guò)CAN總線(xiàn)檢測各子系統情況，確定系統的狀態(tài)，根據任務(wù)分配策略，由其余子系統代替故障子系統的任務(wù)。當線(xiàn)路出現故障時(shí)，由測控中心通過(guò)串口發(fā)送指令，人工分配任務(wù)，保證系統正常工作。

　　2.4 輔助通信、與測控中心交互

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

　　與測控中心實(shí)時(shí)交互的目的是：一方面將系統狀態(tài)和各種參數傳送到測控中心；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(shí)時(shí)監視系統的工作狀態(tài)。當CAN總線(xiàn)工作正常時(shí)，系統自動(dòng)完成任務(wù)分配等任務(wù)；當CAN總線(xiàn)出現斷路或其他線(xiàn)路故障時(shí)，測控中心發(fā)送指令給系統，人工分配任務(wù)，保證系統正常工作。

　　根據任務(wù)的需求，三個(gè)子系統的串口A(yíng)i、Bi、Ci(i=1、2、3、4)連接在一起發(fā)送數據時(shí)會(huì )發(fā)生沖突，因此，系統應根據各串口的工作狀態(tài)確定線(xiàn)路狀態(tài)，根據線(xiàn)路狀態(tài)決定對串口的讀寫(xiě)。

　　本文介紹了由三個(gè)DSP嵌入式子系統構成的基于CAN總線(xiàn)的分布式系統的軟、硬件設計方案，著(zhù)重分析了各子系統之間協(xié)同工作的方式。該系統充分利用了分布式系統的并發(fā)性和可靠性等特點(diǎn)，在滿(mǎn)足多路信號實(shí)時(shí)處理、多個(gè)過(guò)程控制、與測控中心實(shí)時(shí)交互等要求的基礎上，采用自動(dòng)分配任務(wù)和指令分配任務(wù)相結合的方式，有效地提高了系統的可靠性。實(shí)驗仿真和現場(chǎng)測試表明，該系統不僅滿(mǎn)足了任務(wù)要求，而且還具有很高的穩定性和可靠性。

　　參考文獻

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