先容了一种由三个DSP嵌入款式体系构成的基于(CAN总线的散布式体系。该体系具有多路信号及时处理惩罚、进程控制、与外部测控中间及时交互等成果。

　   

 　　只管数字信号处理惩罚器(DSP)的性能越来越强，基于DSP嵌入式体系的成果也越来越多，但对付及时性、容错性、可靠性请求很高的多任务信号处理惩罚及多路进程控制方面的应用，单个DSP嵌入式体系的处理惩罚本领是不敷的。散布式体系处理惩罚本领强、可靠性高，采取多个DSP嵌入款式体系构身散布式体系，利用散布式体系的并发性实现多个DSP的并行处理惩罚，餍足多任务、及时性的请求。同时，通过硬件和软件冗余计划，包管了体系的可靠性。

   

　    本文采取TMS320F2812 DSP实现了三个同构的、具有多种及时信号处理惩罚和多个进程控制成果的嵌入款式体系A、B、C，以CAN总线为通讯网络构身散布式体系。

 

　　该体系可以或许与外部测控中间及时交互，同时完成23路模仿信号的及时征求/预处理惩罚、16路数字信号处理惩罚、16路数字信号的输出、1路脉冲信号处理惩罚、多路进程控制参数的及时谋略、种种状态及参数的及时记录等。三个子体系的硬件计划完全雷同，通过CAN总线与RS422串口互换信息，通过软件配置为各子体系分派资源、动态分派任务，有效地均衡了到处理惩罚机的负载。三个子体系资源共享、互为备份，进步了整个体系的可靠性。

   

　    在及时体系中，要是体系的运行不克不及餍足相合时间的请求，将会导致整个体系的瓦解。因此，散布式体系各组件之间的通讯和和谐事变是实现体系各组件并发处理惩罚、体系资源共享、均衡体系各组件的负载、进步整个体系的吞吐量、包管体系可靠事变的关键。

   

　    本文重点讨论了各子体系之间的通讯方法、体系的任务分派和体系的和谐事变机制。

 

　    1 体系的构成

　    1.1 CAN总线
   

　     CAN(Controller Area Network)属于总线式串行通讯网络。CAN总线有效地支持寂静可靠的散布式及时控制体系，通讯方法机动、抗滋扰本领强、可靠性高，直接通讯间隔最远可达10km(传输率5kbps以下)，通讯速率最高达1Mbpa(通讯间隔40re以内)，网上节点数可达110个。CAN总线为多主事变方法，可以方便地构成多机备份体系。

 

　    1．2 数字信号处理惩罚器
   

　     TMS320F2812 DSP是产业控制范畴的一种高端产品，具有速率快、功耗低、接口方便机动、易于开辟、精度高、兼容性好、资源丰富等特点。F2812采取哈佛总线布局，具有32位高性能的CPU，时钟频率为150MHz并支持动态变化锁相环的频率，拥有Flash等多种范例存储器、PIE停止模块、AID转换模块、变乱办理器、SCI口、SPI口、eCAN总线和MeBSP通讯模块等丰富的外围配置，可以餍足种种应用的需求。

 

　    1．3 基于DSP的嵌入款式体系的硬件构成
   

　    基于TMSF2812 DSP的嵌入款式体系(见图1)是为餍足及时多任务而计划的，硬件、软件可根据必要举行裁剪，可靠性高、相应速率快、主动化程度高。

   

　    三个子体系的硬件计划完全雷同，除DSP片上资源外，每个子体系都扩展了非易失性存储器(E2PROM或铁电随机存储器)、SRAM、四路RS422接口(两路RS232可选)、及时时钟等帮助模块。

 

　    1．4 体系的体系布局
   

　    该体系是由三个基于F2812 DSP的嵌入款式体系A、B、C通过CAN总线构成同构异步的散布式体系(见图2)。三个子体系没有主从干系，各子体系的成果根据体系状态，通过任务分派战略，用软件配置。三个子体系与硬件、软件互为备份，进步了体系的可靠性。

   

　     三个子体系之问重要通过CAN总线举行信息互换，变革较慢的数据也可以通过UART串口举行互换。每个子体系都可以或许同时吸取信号，也可以或许输出控制信号。通过特别的硬件计划，每个子体系都具有妨碍断绝的成果，可以防备由于一个子体系出现妨碍而影响整个体系的事变。

　    2 散布式体系的协同事变
   

　　散布式体系的资源位于差别的位置，体系必要不绝监督各组件的状态，查抄资源的利用环境。当一个处理惩罚器出现妨碍时，体系应该立即相应，重新调配资源，筹划任务分派方案，确定任务分派战略，重构体系．须要时捐躯体系的某些性能，以包管体系正常事变。

 

　　2．1 体系状态监督
   

　　体系状态包括每个子体系各个模块的事景况态(CPU、UART的事景况态、片上存储器(SDRAM、FLASH等)和片外存储器(SRAM)、非易失性存储器的分派环境)、每个子体系之间的通讯状态等。

   

　　散布式体系中，各子体系难以确定体系的状态。为此，网络上的每个子体系应定时向其他子体系广播，将各自的状态关照其他子体系(见图3)。要是在规定的时间内没有收到某个子体系的消息，则以为该子体系出现妨碍，体系应重新配置体系资源、重新分派任务，重构体系。

   

　　 图3中：SCAB表现子体系A到B通讯的环境。通过A、B、C之间的相互通讯，确定体系的状态。

   　 不失一样平常性，令三个子体系的状态的聚集为SA、SB、SC．则体系状态SS为：

   

 

　　2．2 任务分派战略
   

　　 一样平常环境下，多处理惩罚机任务分派题目是NP一完全的，通常是根据详细应用需求，确定一个可行的、比较得意的任务分派战略。任务分派的目标是公道配置体系资源，想法淘汰体系中到处理惩罚器问的通讯开销和实行模块所需的开销。均衡负载是将体系包袱的任务公道地分派给体系中到处理惩罚机，最大限度地进步体系的吞吐量。一样平常来说，淘汰体系的通讯量和均衡负载是相互抵牾的。因此，任务分派战略也便是最大限度地淘汰体系中各子体系间的通讯量，同时均衡各子体系的负载，以此进步整个体系的性能。

   

　　体系的任务分派有两种方法：主动方法和人工方法。主动分派方法是根据体系状态和各子体系任务量的预计确定任务分派战略，通过软件主动为各子体系分派任务。人工分派方法是测控中间通过指令为子体系分派任务。

   

　　 没干系假设体系是由N个组件构成的一个散布式体系，包袱的任务为T，则：

   

    令：Li为组件i的载荷，Cij为组件i与组件j之间的通讯量。

    确定任务分派战略TAS(Task Alloeate Strategy)：
   

   

　　在实际应用中，任务分派战略受多种因素的制约和影响，如空间限定、信号滋扰、通讯间隔等，以是，只能在肯定条件下最大限度地餍足负载均衡、任务间最小通讯量等任务分派原则。

   

　　在该体系的详细应用中，思量到信号滋扰和数据传输的请求，将体系包袱的任务重要分为信号的征求，预处理惩罚(SP)、信号运算(SC)、进程控制(SO)。SP任务重要包袱23路模仿信号的征求、AD转换、信号滤波等；SC任务重要包袱种种信号的运算；SO任务重要包袱进程控制的参数谋略、控制信号输出、与测控中间及时交互等。

 

　　颠末测试，CPU对付SP、SC、SO任务的负载根本均衡，三个子体系之间的通讯量基真雷同。将包袱SP任务的子体系只管即便安排在信号源相近，将包袱SO任务的子体系只管即便安排在控制部件相近，可以减小信号的滋扰，同时也能淘汰数据的通讯量。基于以上因素的思量，根据体系状态，确定如表1所示的任务分派战略。

 

　

　　2．3 体系的协同事变
   

　　体系协同事变包括体系资源的同一调配(CPU、种种存储器、变乱办理器、GPIO等)、根据实际需求和体系状态确定任务分派战略以及为各子体系分派任务。当体系状态变革时，重新配置体系资源、确定任务分派战略，为每个子体系重新分派任务(见图4)。

 

　　该体系正常事变时，三个子体系分别包袱信号征求／预处理惩罚、信号运算和进程控制任务；当一个或两个子体系出现妨碍时。体系通过CAN总线检测各子体系环境，确定体系的状态，根据任务分派战略，由别的子体系代替妨碍子体系的任务。当线路出现妨碍时，由测控中间通过串口发送指令，人工分派任务．包管体系正常事变。

 

　　2．4 帮助通讯、与测控中间交互
   

　　 体系由三个子体系构成，每个子体系有四路RS422申口，记作Ai、Bi、Ci(i=1、2、3、4)。根据任务的需求，Ai、Bi、Gi连接在一起，分别完成信息征求、子体系之间帮助通讯、与测控中间交互的任务。

   

　　 与测控中间及时交互的目标是：一方面将体系状态和种种参数发送到测控中间；另一方面，测控中间可以发送指令，完成指定的任务。

   

　　 测控中间及时监督体系的事景况态。当CAN总线事变正常时，体系主动完成任务分派等任务；当CAN总线出现断路或其他线路妨碍时．测控中间发送指令给体系，人工分派任务，包管体系正常事变。

   

　　根据任务的需求，三个子体系的串口Ai、Bi、Ci（i=1、2、3、4）连接在一起发送数据时会产生辩论，因此，体系应根据各串口的事景况态确定线路状态，根据线路状态决定对串口的读写。

   

　　本文先容了由三个DSP嵌入款式体系构成的基于CAN总线的散布式体系的软、硬件计划方案，偏重阐发了各子体系之间协同事变的方法。该体系充分利用了散布式体系的并发性和可靠性等特点，在餍足多路信号及时处理惩罚、多个进程控制、与测控中间及时交互等请求的底子上，采取主动分派任务和指令分派任务相连合的方法，有效地进步了体系的可靠性。实行仿真和现场测试表明，该体系不但餍足了任务请求，并且还具有很高的稳固性和可靠性。