采用DSP芯片的分級分布式管理系統設計

采用DSP芯片的分級分布式管理系統設計

概述：通過一個兩級分布式圖像處理系統中管理計算機的實現，闡述基于DSP的控制電路的設計方法以及對兩級分布式系統的協調控制；給出原理樣機的調試結果和進一步的討論。

1 概述

1.1 背景

數字信號處理器（DSP）一般是用來運行核心數據處理算法的，但在一些特殊的環境中，必須使用DSP來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DSP（ADSP21020）。它不僅承擔著對圖像處理系統的管理控制任務，還必須實時響應執行上級1553總線的關鍵指令。本文重點討論基于DSP芯片管理計算機對兩級分布式系統的協調控制。

1.2 系統介紹

此套圖像處理系統是一個分布式計算機系統，共由5個模塊組成，包括預處理單元、海量存儲器、離線數據并行處理單元、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RS485總線管理內部系統，并通過1553總線和上級系統通信。

??? 管理計算機對內部控制的功能分為兩類：實時控制和非實時控制。實時控制針對時序要求嚴格且需實時響應的任務。管理計算機通過獨享的RS422串行總線向CCD探測器和通信單元提供控制脈沖。非實時控制針對不求時間精確，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RS485，作為控制核心的管理計算機，通過它和其它單元交換數據，查詢健康狀態。

管理計算機的設計關鍵在于兩級分布式系統間的協調，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總線指令和數據；②管理控制圖像處理系統內部單元。1553總線發來的信息主要包括處理任務類型、工作時間、工作次數、狀態檢測等。管理計算機對內管理的任務包括相關圖像公用信息的傳輸，比如圖像生成時間、地點等，以及健康狀態檢測。

??? 管理計算機接收1553總線指令和數據的優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，因此當1553總線有命令發來時，必須中斷其對內的管理工作，保存工作狀態，響應上層1553總線的命令。

1553總線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。精確中斷即是無論管理計算機正在進行什么工作，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執行完畢，再響應1553總線中斷。考慮到1553總線發來的命令沒有非常荷刻的時間要求，同時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總線發來的命令得不到及時的響應，必須使用緩沖策略。這里采用具有先進先出功能的FIFO雙口存儲器。它可以自動接收并暫時存儲來自1553總線的數據，同時管理計算機也通過FIFO向1553總線發送數據。

管理計算機單元的功能框圖如圖2所示。

??? 2.2 1553總線接口設計

1553總線RT板卡與管理計算機的接口通過一塊共享雙口FIFO緩沖存儲器實現。FIFO要用CY7C439雙向存儲器。

1553總線接口設計如圖3所示。

2.3 RS485接口設計

RS485接口由并串轉換芯片TL16C550和RS485驅動接收器MAX489實現，如圖4所示。

2.4 1553總線與RS485總線的協調

管理計算機的程序包括三部分：1553總線通信程序、RS485通信程序和RS485狀態保存程序。它們的通信方式都是通過中斷進行的。1553總線通信程序通過FIFO的中斷方式實現，而RS485總線通信程序響應TL16C550的中斷。DSP有四根用戶中斷線。由于1553總線中斷的優先級大于RS485總線，因此，在DSP內部將中斷向量1553總線設在優先級更高的部分。

??? 程序控制流程如圖5所示。