一种基于双处理器的信息处理平台的设计

0 引言

随着嵌入式应用领域的迅速扩大，对嵌入式的软硬件设计的要求更高。在弹载嵌入式系统设计中，对模块的实时性和数据采集等方面有着更为严格的需求。在这种隋况下，对硬件设计提出更高的要求，不仅要求解算速度快，且处理的控制算法也越来越复杂，使得计算量变大，占用了大量的时间，造成时序紧张。一个DSP的计算控制能力已经不能满足型号研制需求，综合考虑多种方案，就技术的成熟性、可行性及型号研制周期考虑，在计算机的计算能力没有足够余量的条件下采用双 DSP方案，即采用2块DSP芯片。双DSP系统的优点在于可以通过计算能力的均匀分布，使系统具有较好的冗余能力、更快的处理速度、模块化的体系结构。

本文介绍一种基于双DSP的信息处理平台的设计，该设计虽然成本不高，但是可在某弹载信息处理系统中高实时性的完成各种数据的采集和计算。

1 系统总体设计

该信息处理平台采用双处理器设计，从而实现采集量大、运算复杂、实时性强的需求。双处理器采用了TMS320C6202B和ADSP2187N，前者作为主处理器，用于数据的运算、处理以及对外部接口的通信，后者作为从处理器用于模拟量数据输入输出、离散量输出控制等。两者之间通过内部直接存储器存取 (IDMA)通道进行通信，该设计能够高效率、高可靠性的完成多路数据采集和处理等功能。

2 系统硬件设计

该处理模块结构如图1，DSP模块含有两片DSP以及时钟电路和控制电路。IO模块主要含有模拟、数字电路用于数据采集。

双DSP方案选用型号研制中已经成熟应用的DSP作为处理器，采用主从式设计结构。主从DSP协调配合，共同完成软件功能。

2.1 DSP模块

DSP模块包括两个DSP芯片，其中C6202B是DSP模块上的主处理器，它负责整个处理平台的任务管理、调度以及数值计算。ADSP2187N是 DSP模块上的从处理器，它执行来自IDMA接口的程序，负责管理IO处理模块上的模拟量采集与输出、离散量的输入。双处理器关系如图2：

IDMA接口是主处理器与从处理器通讯的通道，C6202B可以通过ADSP2187N的IDMA接口直接访问其片上RAM。此外，ADSP2187N没有片内可固化程序的存储器，它的程序要C6202B通过ADSP2187N的IDMA接口来加载。

2.2 IO模块

IO模块主要用于进行离散量的输入输出，以及模拟量信号的采集和输出。

AD电路前端采用8片双路运算放大器TLC4502ID将外部幅值为±15V的模拟输入信号整形降压，经过AD73360AR转换为数字信号，再经过总线缓冲器74LVC244A隔离驱动输入到从处理器ADSP2187N，在设计中模拟量量的输入采用两片AD73360级联结构方式实现。级联方式如图3。

D/A电路完成将数字信号转化为模拟信号输出的功能。DAC7714UB采用SPI总线接口与ADSP2187N连接。

离散量由ADSP2187N数据线输出，输出后由经16373锁存后输出，并实现3.3V到5V电平转换。离散量输入信号经过另一片总线缓冲器74LVC244A空余的4路输入到ADSP2187N。

3 软件设计

3.1 设计思想

该信息处理平台相应的软件用于实现对应硬件设计的主从CPU的通讯和工作模式控制。

从处理器ADSP2187N没有内置的非易失数据存储空间，如果需要在该DSP上运行程序，必须通过各种数据通信接口从外部加载，该信息处理平台通过IDMA通道，将数据从主处理器的FLASH上加载到从处理器。

首先，需要使用ADSP2187N的编译工具将运行于ADSP2187N上的程序按照协议生成纯数据文件，该文件可被C6202B主处理器上的程序识别。

其次，在运行中，需要从处理器进行各种数据采集工作的时候，主处理器将对应需要运行的程序通过IDMA通道写入到从处理器的内存空间，并通知从处理器运行程序进行数据采集。

最后，从处理器将采集结果同样通过IDMA接口返回给主处理器，主处理器根据采集结果进行各种计算，可通过串行数据接口返回给上位机。

3.2 设计难点

使用了双处理器导致双处理器间的协调工作难度增大，虽然主从处理器有各自的优势，但使用两种不同的DSP，尤其是各自的编译环境不同，则对软件实现要求比较高，C62 02B需要使用CCStudiov3.3环境，ADSP2187N需要使用Vistlal DSP++环境，两种处理器的编译环境完全不同。为了解决该问题，将从处理器上的程序编译后通过协议转换成纯数据文件，主处理器的程序将这些数据文件编译在一起，这样，两个DSP工作程序就可结合在一起，可由主处理器的程序进行控制。主处理器程序运行期间需要从处理器工作，则从FLASH中将从处理器的运行数据文件通过IDMA通道直接加载到从处理器运行。这样主处理器对整个系统的运行程序都是可控制的，也就可以对整个平台的工作进行统一的调度。

4 结果分析

从同类型号设备的对比中看，使用双DSP后，比类似型号中数据量采集的能力高出近一倍，同时也能很好满足实时性要求，从软件运行角度看，由于使用了双DSP，对软件的要求虽然有了更高的要求，但是对于软件空间、时间余量均有所提高。

5 结论

本文介绍的信息处理平台，使用了不同公司的DSP，两个DSP各有自己在嵌入式系统中的优势，但是关键在于两者之间的信息高效协调工作的问题上，本文介绍的硬件方案，可最大的利用了两DSP的优势，使得系统能够实时快速的完成信息处理工作。提出的软件方案使得双DSP可以稳定的进行通信和控制，该设计已在某弹载设备上进行使用，可满足系统要求的实时性和高数据采集的要求。