盡管數(shù)字信號處理器（DSP）的性能越來越強(qiáng)，基于 DSP 嵌入式系統(tǒng)的功能也越來越多，但對于實(shí)時性、容錯性、可靠性要求很高的多任務(wù)信號處理及多路過程控制方面的應(yīng)用，單個 DSP 嵌入式系統(tǒng)的處理能力是不夠的。分布式系統(tǒng)處理能力強(qiáng)、可靠性高，采用多個 DSP 嵌入式子系統(tǒng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，利用分布式系統(tǒng)的并發(fā)性實(shí)現(xiàn)多個 DSP 的并行處理，滿足多任務(wù)、實(shí)時性的要求。同時，通過硬件和軟件冗余設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)的可靠性。本文采用 TMS320F2812 DSP 實(shí)現(xiàn)了三個同構(gòu)的、具有多種實(shí)時信號處理和多個過程控制功能的嵌入式子系統(tǒng) A、B、C，以 CAN 總線為通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠與外部測控中心實(shí)時交互，同時完成 23 路模擬信號的實(shí)時采集 / 預(yù)處理、 16 路數(shù)字信號處理、16 路數(shù)字信號的輸出、1 路脈沖信號處理、多路過程控制參數(shù)的實(shí)時計(jì)算、各種狀態(tài)及參數(shù)的實(shí)時記錄等。三個子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)完全相同，通過 CAN 總線與 RS422 串口交換信息，通過軟件配置為各子系統(tǒng)分配資源、動態(tài)分配任務(wù)，有效地均衡了各處理機(jī)的負(fù)載。三個子系統(tǒng)資源共享、互為備份，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。在實(shí)時系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)的運(yùn)行不能滿足響應(yīng)時間的要求，將會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰。因此，分布式系統(tǒng)各組件之間的通信和協(xié)調(diào)工作是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各組件并發(fā)處理、系統(tǒng)資源共享、均衡系統(tǒng)各組件的負(fù)載、提高整個系統(tǒng)的吞吐量、保證系統(tǒng)可靠工作的關(guān)鍵。本文重點(diǎn)討論了各子系統(tǒng)之間的通信方式、系統(tǒng)的任務(wù)分配和系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作機(jī)制。

　　1、系統(tǒng)的構(gòu)成

　　1.1 CAN 總線

　　CAN（Controller Area Network）屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN 總線有效地支持安全可靠的分布式實(shí)時控制系統(tǒng)，通信方式靈活、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（傳輸率 5kbps 以下），通信速率最高達(dá) 1Mbps（通信距離 40m 以內(nèi)），網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá) 110 個。CAN 總線為多主工作方式，可以方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。

　　1.2 數(shù)字信號處理器 TMS320F2812 DSP 是工業(yè)控制領(lǐng)域的一種高端產(chǎn)品，具有速度快、功耗低、接口方便靈活、易于開發(fā)、精度高、兼容性好、資源豐富等特點(diǎn)。F2812 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有 32 位高性能的 CPU，時鐘頻率為 150MHz 并支持動態(tài)改變鎖相環(huán)的頻率，擁有 Flash 等多種類型存儲器、PIE 中斷模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、事件管理器、SCI 口、SPI 口、eCAN 總線和 McBSP 通信模塊等豐富的外圍設(shè)備，可以滿足各種應(yīng)用的需求。

　　1.3 基于 DSP 的嵌入式子系統(tǒng)的硬件構(gòu)成基于 TMSF2812 DSP 的嵌入式子系統(tǒng)（見圖 1）是為滿足實(shí)時多任務(wù)而設(shè)計(jì)的，硬件、軟件可根據(jù)需要進(jìn)行裁剪，可靠性高、響應(yīng)速度快、自動化程度高。三個子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)完全相同，除 DSP 片上資源外，每個子系統(tǒng)都擴(kuò)展了非易失性存儲器（E2PROM 或鐵電隨機(jī)存儲器）、SRAM、四路 RS422 接口（兩路 RS232 可選）、實(shí)時時鐘等輔助模塊。