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基于DSP芯片的分級分布式管理系統設計
摘要：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。關鍵詞：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。
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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。
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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。
3 原理樣機調試結果
3.1 RS485總線調試
RS485總線通信協議采用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送信息，必須由管理計算機發送命令，由它們響應命令。各被控單元之間的通信必須通過管理計算機進行。相應的數據傳輸包括圖像時間、圖像區域、儀器的工作狀態（溫度、壓力等）、工作模態。數據幀格式如下：
標志7位 地址7位 控制7位 信息 幀校驗 標志7位控制字：指令、數據標識。
測試結果：
①各類數據接收無誤；
②收方可以啟動自檢程序，并返回相應信息。
3.2 1553總線接口調試
FIFO中斷線連接到DSP的最高優先級INTR0，管理計算機作為1553總線的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，可以及時響應1553總線中斷；
②當管理計算機向RS485發送信息時，可以正確響應1553總線中斷；
③當管理計算機接收RS485信息時，發送方無法得知中斷狀態，仍然繼續發送。解決方法是中斷返回后，管理計算機向該設備發送要求重新傳送的指令。
結語
本文討論了基于DSP的管理系統設計，重點是兩級分布式系統之間的協調。在1553總線中斷上，如果采用精確中斷，程序會很復雜，但對于實時控制系統會有很大益處。由于這套系統高層命令的實時性并不是很強，采用非精確中斷就足夠了。
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