一種雙ＤＳＰ并行處理系統(tǒng)及其在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用

摘 要 本文設(shè)計了以TMS320F2812和TMS320VC5402為核心構(gòu)成的雙DSP芯片處理系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了雙DSP的結(jié)構(gòu)、功能以及其HPI通信接口，并提出了該系統(tǒng)在陶瓷行業(yè)窯爐實時監(jiān)控系統(tǒng)及其它領(lǐng)域應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞 雙DSP，并行處理，主機(jī)接口

1引言

近年來由于速度快、信號處理功能強(qiáng)大、實時性好等特點，DSP技術(shù)發(fā)展迅速，在數(shù)據(jù)采集處理領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。隨著應(yīng)用對象本身的復(fù)雜程度日趨增大，對數(shù)據(jù)的處理速度、精度要求不斷提高，以單個DSP為核心的控制平臺，由于既要完成復(fù)雜的算法，又要執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、控制信號輸出等一系列操作，往往不能滿足實際應(yīng)用的需要。因此，在綜合考慮了各種數(shù)字信號處理器的性能之后，決定采用美國TI公司的TMS320F2812和TMS320VC5402芯片構(gòu)成雙DSP并行處理系統(tǒng)，每個處理器完成系統(tǒng)的一部分工作，這樣一方面可以大大節(jié)省處理時間，另一方面也提高了處理精度。

2系統(tǒng)總體方案

圖1為雙DSP并行處理的基本框圖。系統(tǒng)接收傳送過來的模擬信號，經(jīng)過預(yù)處理，通過A/D將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。作為從處理器的TMS320VC5402主要完成系統(tǒng)的算法處理，然后將數(shù)據(jù)傳遞給主處理器TMS320F2812，通過設(shè)計的控制程序，主DSP完成系統(tǒng)的其他功能，包括與外部的通信、控制管理等。

2.1DSP芯片簡介

（1） TMS320F2812：這種芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，具有150MHz的時鐘頻率（指令執(zhí)行時間或完成一次動作的時間僅為6.67ns），片內(nèi)集成了一個高性能32位CPU，具有非常高的集成度。TMS320F2812針對數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用做了優(yōu)化設(shè)計，具有增強(qiáng)的電機(jī)控制外設(shè)、高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換能力和通信接口，是目前用于數(shù)字控制領(lǐng)域性能較好的DSP芯片。

（2） TMS320VC5402：TI的TMS320C5000系列主要長處是用于數(shù)字信號的算法處理，如FIR、IIR、FFT等等。TMS320VC5402是定點的數(shù)字信號處理器，是DSP家族中高性價比的代表，有高度靈活的可操作性與高速的處理能力。TMS320VC5402采用6級流水線，操作速率可達(dá)100MIPS，指令周期10ns；其內(nèi)部的硬件乘法器、桶形移位器及專用加法器可進(jìn)行信號的多種變換及處理。

2.2雙DSP并行系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，綜合利用TMS320F2812和TMS320VC5402的優(yōu)勢和特長，兩者在控制和計算上分工明確、并行工作，可以有效地提高處理能力。

從處理器TMS320VC5402的主要功能是：優(yōu)化算法運算，承擔(dān)系統(tǒng)的核心運算任務(wù)，將處理后得到的有關(guān)結(jié)果傳遞給主機(jī)，實現(xiàn)與主DSP的即時通信，上傳匹配運算中間結(jié)果。

主處理器TMS320F2812的主要功能是：將從外部獲得的數(shù)據(jù)交由從機(jī)處理，實現(xiàn)外部緩存數(shù)據(jù)到片內(nèi)的搬移，為DSP高速批處理開辟片內(nèi)二級緩存；實現(xiàn)與從DSP的即時通信，接收外部命令與目標(biāo)參數(shù)；實現(xiàn)鍵盤控制與屏幕顯示，以達(dá)到控制與管理整個系統(tǒng)的目的（如圖2所示）。

3雙DSP的通信接口

3.1DSP的HPI口介紹

HPI是TMS320C54x芯片提供的一種并行接口，它與主機(jī)之間能實現(xiàn)并行、高速的數(shù)據(jù)傳輸。利用HPI口進(jìn)行雙DSP并行連接通信時，不僅可以減少邏輯控制電路，而且由于DSP之間的速度、電氣特性相同，數(shù)據(jù)可以全速傳輸，從而不需考慮接口傳輸速率的問題。另一方面，在數(shù)據(jù)交換過程中，并不影響DSP的正常工作，DSP把待輸出的數(shù)據(jù)放在片內(nèi)固定的地址，需要時數(shù)據(jù)可直接從片內(nèi)RAM的某一固定地址讀取，這個特點為DSP之間的并行處理提供了優(yōu)越的條件。

3.2HPI在雙處理器中的應(yīng)用

TMS320VC5402上的HPI口是增強(qiáng)型的8bit主機(jī)接口（Enhanced 8 bit host port interface），TMS320F2812可以通過它訪問TMS320VC5402片內(nèi)16K的RAM空間。這一接口由一個8bit的雙向數(shù)據(jù)總線和不同的控制管腳組成，能夠支持按高、低字節(jié)傳送16bit數(shù)據(jù)。

TMS320VC5402只能訪問控制寄存器，而TMS320F2812則對這三個寄存器都可以訪問。TMS320F2812欲隨機(jī)訪問TMS320VC5402的片內(nèi)RAM，需要先發(fā)送一個16bit地址到HPI地址寄存器（HPIA），然后通過數(shù)據(jù)寄存器（HPID）訪問該地址所指向的存儲單元。TMS320F2812欲連續(xù)訪問一段RAM空間，則要先發(fā)送該段的自地址到HPIA，然后以地址自動加一的方式訪問，即TMS320F2812每訪問一個存儲單元后HPIA自動指向下一個單元。TMS320F2812和TMS320VC5402接口電路如圖3所示。

4雙DSP并行處理系統(tǒng)在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用

（1） 能有效地應(yīng)用于陶瓷行業(yè)窯爐內(nèi)進(jìn)行實時監(jiān)控

長期以來，很多窯爐生產(chǎn)線采用儀表顯示溫度、壓力等，且采用人工記錄，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。雙DSP并行處理系統(tǒng)可以快速完成數(shù)據(jù)采集及處理，根據(jù)用戶需求建立采樣數(shù)據(jù)庫、狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和檔案數(shù)據(jù)庫，并可以隨時打印實時或歷史的溫度、壓力報表等。

實際工作時，從DSP接收送來的數(shù)字信號，快速實現(xiàn)測點數(shù)據(jù)采樣、平滑、濾波處理，優(yōu)化出最佳曲線圖。主DSP則通過系統(tǒng)設(shè)計的屏幕顯示、通訊管理等功能，按照給定的控制模式和控制參數(shù)進(jìn)行控制。實驗表明：這種雙DSP并行處理系統(tǒng)，可以更加快速、準(zhǔn)確地調(diào)整窯爐內(nèi)的燃燒狀況，從而有效地提高熱工效率、降低陶瓷產(chǎn)品的燒成缺陷率、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低能源消耗，并達(dá)到環(huán)保的目的。

（2） 可用于成品質(zhì)量檢測

在陶瓷成品質(zhì)量檢測中，該系統(tǒng)用CCD攝像頭采集生產(chǎn)線上產(chǎn)品的表面圖像，通過圖像處理和模式識別算法對圖像進(jìn)行預(yù)處理、圖像分割、缺陷特征提取、判斷決策等處理，以檢測產(chǎn)品的表面是否存在缺陷，并且獲取缺陷的尺寸、部位、類型、等級等信息，從而達(dá)到在線評估和控制產(chǎn)品表面質(zhì)量的目的。

（3） 可提高窯爐控制中的信號處理速度

以FFT算法為例，利用兩片高速DSP芯片，應(yīng)用其HPI接口并行實現(xiàn)FFT算法，能使運算時間大大減少，從而更好地滿足實時性要求。實驗證明，雙DSP的處理系統(tǒng)與單片DSP比較，雖然程序都為C語言，但前者處理128點FFT算法時間能縮短約46%。

5總結(jié)及展望

雙DSP并行處理系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、可靠性強(qiáng)，可以用于陶瓷工業(yè)過程控制，也能在其他許多領(lǐng)域應(yīng)用。希望通過該研究，為今后這一類型實時監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)提供一條思路，進(jìn)而根據(jù)實際應(yīng)用的需求探索幾塊、幾十塊DSP組成并行處理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

1 Texas Instruments，TMS320C54x DSP Library Programmer’s Reference，April 2001:Custom Printing Company， Owensville Missouri，2000

2 Texas Instruments，Digital Signal Processing Applications with the TMS320Family:Theory，Algorithms， and Implementations，Vol.3

3唐林波，趙保軍，韓月秋.超高速數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2005，27(7)

4張 菊，張淑娥.基于DSP的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計[J].電力系統(tǒng)通信，2006，27(159):70～73

5翟群英，李永全.HPI在多處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005(5)

A Parallel Processing System Based on Double DSP and Its Application in Ceramic Industry

Huang Qian1 Huang Zhichu1 Wang Xiaoming1 Wang Xiaochun2

(1Wuhan University of Technology4300702 Huanggang City Huayao Zhongzhou Kiln Furnace Co.，Ltd438000)

Abstract: A parallel processing system based on double Digital Signal Processor TMS320F2812 and TMS320VC5402 was designed in this paper.It’s structure and function and the Host Port Interface for parallel process systems were also introduced，and its application in ceramic industry and other fields was mentioned.

Keywords: double Digital Signal Processor，parallel processing，Host Port Interface