基于雙DSP的高速數(shù)據(jù)采集控制器的設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)工程第32卷第22期Vol.32No.22ComputerEngineering工程應(yīng)用技術(shù)與實(shí)現(xiàn)文章編號(hào)10003428(2006)22022702文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A2006年11月November2006中圖分類號(hào)TP409基于雙DSP的高速數(shù)據(jù)采集控制器的設(shè)計(jì)司棟森1,2(1.西安交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院李增智1西安710049牛勝芬1賈運(yùn)紅2西安710071)2.西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院摘要提出了一種由基于McBSP接口的雙DSP并行處理系統(tǒng)采用雙處理器流水線體系結(jié)構(gòu)一個(gè)DSP負(fù)責(zé)進(jìn)行各回路電壓電流的采集濾波迭代計(jì)算另一個(gè)DSP負(fù)責(zé)人機(jī)交互遠(yuǎn)程通信與實(shí)時(shí)控制二者并行工作可顯著提高系統(tǒng)的處理能力以此并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)為核心設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高壓電力無功補(bǔ)償(SVC)信號(hào)處理系統(tǒng)關(guān)鍵詞DSP并行計(jì)算實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理HighSpeedDataSampleandControllerwithTwoDSPsSIDongsen1,2,LIZengzhi1,NIUShengfen1,JIAYunhong2(1.Electronics&InformationCollege,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049;2.ComputerCollege,XidianUniversity,Xi’an710071)AbstractThispaperbringsforwardaparallelcontrolsystembasedonMcBSPinterface.IntwoDSPsstructure,oneisforsignalprocessing.Itfulfilssignalsample,filter,iterativecount.Anotheroneisforrealtimecontrol,man-machineexchangeandlongdistancecommunication.ThesystemprocessingabilitycanbeenhancedintwoDSP’sstructure.ItisusedinSVCprocessingsystem.KeywordsDSP;Parallelcomputation;Realtimedataprocessing隨著DSP技術(shù)的快速發(fā)人們對(duì)測量控制的精確性實(shí)時(shí)性的要求也不斷提高要求對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行高速信號(hào)采集完成對(duì)大量數(shù)據(jù)的復(fù)雜運(yùn)算而采用多個(gè)DSP并行計(jì)算結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)單片DSP性能的擴(kuò)展提高了系統(tǒng)的性能1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法1.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)在進(jìn)行高壓SVC裝置的設(shè)計(jì)中高速信號(hào)采集數(shù)字濾波信號(hào)處理FFT運(yùn)算系統(tǒng)控制等工作需要實(shí)時(shí)并行完成采用單個(gè)DSP難以實(shí)現(xiàn)精確控制必須采用多個(gè)DSP并行工作對(duì)多通道高速AD同步采樣實(shí)現(xiàn)信號(hào)高速采集與系統(tǒng)的并行工作系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示時(shí)間為50s對(duì)每個(gè)通道的計(jì)算查表時(shí)間為210s/6占用系統(tǒng)總時(shí)間的80%在該系統(tǒng)中系統(tǒng)的控制過程與測量過程是同步進(jìn)行的控制過程可能出現(xiàn)在兩個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)間的任何時(shí)刻因此采集與控制過程產(chǎn)生時(shí)間沖突必須采用多DSP的并行結(jié)構(gòu)使兩者能夠并行執(zhí)行1.3TMS320F2812的特點(diǎn)DSP是20世紀(jì)90年代興起的高速數(shù)據(jù)處理芯片由于其具有接口簡單編程方便精度高速度快集成度高等突出的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在通信語音圖像雷達(dá)生物醫(yī)學(xué)工業(yè)控制儀器儀表等許多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用[1]TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器是德州儀器公司專門針對(duì)工業(yè)控制中最新推出的低功耗高性能32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器它采用6級(jí)流水線結(jié)構(gòu)運(yùn)行速度達(dá)到了150MHz片內(nèi)有18KBRAM128KBFlash存儲(chǔ)器內(nèi)部集成有定時(shí)器事件管理器SPISCICANAD等豐富的片內(nèi)外設(shè)特別適合于工業(yè)自動(dòng)化嵌入式系統(tǒng)智能儀器儀表等需要高速數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)1.4DSP并行處理器的基本互聯(lián)方案在許多應(yīng)用系統(tǒng)中采用并行處理方法是擴(kuò)充單機(jī)處理能力所必須采用的方法可以提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度和綜合處理能力滿足系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)及時(shí)性的要求根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求的不同可以采用多種并行處理的互圖1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)聯(lián)方案對(duì)于交換的數(shù)據(jù)量大時(shí)間要求緊的系統(tǒng)可采用1.2高速數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的功能DMA通道控制共享存儲(chǔ)器等互聯(lián)方式如通過FIFO雙在高壓SVC裝置中需要對(duì)三相交流電的6路模擬信號(hào)端口存儲(chǔ)器等互聯(lián)對(duì)時(shí)間要求不太緊迫的系統(tǒng)可采用共(UabUbcUcaIaIbIc)進(jìn)行高速同步數(shù)據(jù)采集對(duì)各信享總線互聯(lián)方式如果通信時(shí)間許可的話也可以采用串口號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波對(duì)每周64個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行多次FFT計(jì)算作者簡介司棟森(1963)男高工博士主研方向計(jì)算機(jī)系根據(jù)計(jì)算結(jié)果查表得到控制輸出的參數(shù)根據(jù)該參數(shù)控制統(tǒng)結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)李增智教授博導(dǎo)牛勝芬碩士高工啟動(dòng)輸出操作賈運(yùn)紅碩士生在以上整個(gè)事件的處理中數(shù)據(jù)采集運(yùn)算與控制是并收稿日期2005-12-08E-mailsidongsen@行完成的每一組采樣點(diǎn)間總可用時(shí)間為320s信號(hào)采集227萬方數(shù)據(jù)方式實(shí)現(xiàn)多機(jī)互聯(lián)選擇哪種互聯(lián)方案主要取決于系統(tǒng)性能的需求在DMA或共享存儲(chǔ)器的互聯(lián)方法中數(shù)據(jù)存取速度較快能夠?qū)崿F(xiàn)DSP之間的快速通信任務(wù)滿足快速和大量數(shù)據(jù)的要求但是它需要增加硬件接口的支持增加了系統(tǒng)的成本在通過串口互聯(lián)方案中通信速度顯得慢了一些但在大多數(shù)情況下基本不需要增加硬件設(shè)備不增加任何附加成本系統(tǒng)互聯(lián)的靈活性也會(huì)好一些在選擇方案時(shí)通常會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的具體要求選擇滿足性能要求的最佳方案1.5基于McBSP的雙DSP高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)McBSP端口是TMS320F2812提供的多通道緩沖串行通信接口有一個(gè)發(fā)送端口和一個(gè)接收端口可實(shí)現(xiàn)8位16位或32位數(shù)據(jù)通信McBSP接口有兩個(gè)16級(jí)32位FIFO有128個(gè)通道分別用于發(fā)送和接收它可允許和中止每一個(gè)通道的通信允許采用查詢或中斷方式發(fā)送或接收實(shí)現(xiàn)全雙工的數(shù)據(jù)通信通信速度可達(dá)Mbps多個(gè)DSP相連時(shí)可以通過McBSP連接到一個(gè)串行時(shí)隙交換芯片采用時(shí)隙交換的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)收發(fā)以幀為單位進(jìn)行每個(gè)發(fā)送幀分成n個(gè)發(fā)送時(shí)隙不同的發(fā)送時(shí)隙對(duì)應(yīng)不同的接收DSP采用這種方法實(shí)現(xiàn)多個(gè)DSP的互聯(lián)接口電路非常簡單可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)DSP的全互聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)并行處理本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用雙DSP來實(shí)現(xiàn)并行操作通過兩個(gè)DSP的McBSP通道直接互聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信不用外HYPERLINK"/retype/zoom/38d4c1215901020207409c1e?pn=2&x=0&y=652&raww=36&rawh=12&o=png_6_0_0_177_580_13_4_892.5_1263&type=pic&aimh=12&md5sum=81602d040f98b2b01f758017c3003f8c&sign=d110f65f27&zoom=&png=14635-26224&jpg=11097-4804