如何使用嵌入式各子系统之间的通信方式任务分配和协调工作机制

　　尽管数字信号处理器（DSP）的性能越来越强，基于 DSP 嵌入式系统的功能也越来越多，但对于实时性、容错性、可靠性要求很高的多任务信号处理及多路过程控制方面的应用，单个 DSP 嵌入式系统的处理能力是不够的。分布式系统处理能力强、可靠性高，采用多个 DSP 嵌入式子系统构成分布式系统，利用分布式系统的并发性实现多个 DSP 的并行处理，满足多任务、实时性的要求。同时，通过硬件和软件冗余设计，保证了系统的可靠性。本文采用 TMS320F2812 DSP 实现了三个同构的、具有多种实时信号处理和多个过程控制功能的嵌入式子系统 A、B、C，以 CAN 总线为通信网络构成分布式系统。该系统能够与外部测控中心实时交互，同时完成 23 路模拟信号的实时采集 / 预处理、 16 路数字信号处理、16 路数字信号的输出、1 路脉冲信号处理、多路过程控制参数的实时计算、各种状态及参数的实时记录等。三个子系统的硬件设计完全相同，通过 CAN 总线与 RS422 串口交换信息，通过软件配置为各子系统分配资源、动态分配任务，有效地均衡了各处理机的负载。三个子系统资源共享、互为备份，提高了整个系统的可靠性。在实时系统中，如果系统的运行不能满足响应时间的要求，将会导致整个系统的崩溃。因此，分布式系统各组件之间的通信和协调工作是实现系统各组件并发处理、系统资源共享、均衡系统各组件的负载、提高整个系统的吞吐量、保证系统可靠工作的关键。本文重点讨论了各子系统之间的通信方式、系统的任务分配和系统的协调工作机制。

　　1、系统的构成

　　1.1 CAN 总线

　　CAN（Controller Area Network）属于总线式串行通信网络。CAN 总线有效地支持安全可靠的分布式实时控制系统，通信方式灵活、抗干扰能力强、可靠性高，直接通信距离最远可达 10km（传输率 5kbps 以下），通信速率最高达 1Mbps（通信距离 40m 以内），网上节点数可达 110 个。CAN 总线为多主工作方式，可以方便地构成多机备份系统。

　　1.2 数字信号处理器 TMS320F2812 DSP 是工业控制领域的一种高端产品，具有速度快、功耗低、接口方便灵活、易于开发、精度高、兼容性好、资源丰富等特点。F2812 采用哈佛总线结构，具有 32 位高性能的 CPU，时钟频率为 150MHz 并支持动态改变锁相环的频率，拥有 Flash 等多种类型存储器、PIE 中断模块、A/D 转换模块、事件管理器、SCI 口、SPI 口、eCAN 总线和 McBSP 通信模块等丰富的外围设备，可以满足各种应用的需求。

　　1.3 基于 DSP 的嵌入式子系统的硬件构成基于 TMSF2812 DSP 的嵌入式子系统（见图 1）是为满足实时多任务而设计的，硬件、软件可根据需要进行裁剪，可靠性高、响应速度快、自动化程度高。三个子系统的硬件设计完全相同，除 DSP 片上资源外，每个子系统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）、实时时钟等辅助模块。