一种双DSP并行处理系统及其在陶瓷工业中的应用.docx
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一种双DSP并行处理系统及其在陶瓷工业中的应用
一种双DSP并行处理系统及其在陶瓷工业中的应用
摘要本文设计了以TMS320F2812和TMS320VC5402为核心构成的双DSP芯片处理系统。
详细介绍了双DSP的结构、功能以及其HPI通信接口,并提出了该系统在陶瓷行业窑炉实时监控系统及其它领域应用的可行性。
关键词双DSP,并行处理,主机接口
1引言
近年来由于速度快、信号处理功能强大、实时性好等特点,DSP技术发展迅速,在数据采集处理领域占据了主导地位。
随着应用对象本身的复杂程度日趋增大,对数据的处理速度、精度要求不断提高,以单个DSP为核心的控制平台,由于既要完成复杂的算法,又要执行数据采集、控制信号输出等一系列操作,往往不能满足实际应用的需要。
因此,在综合考虑了各种数字信号处理器的性能之后,决定采用美国TI公司的TMS320F2812和TMS320VC5402芯片构成双DSP并行处理系统,每个处理器完成系统的一部分工作,这样一方面可以大大节省处理时间,另一方面也提高了处理精度。
2系统总体方案
图1为双DSP并行处理的基本框图。
系统接收传送过来的模拟信号,经过预处理,通过A/D将模拟信号转换为数字信号。
作为从处理器的TMS320VC5402主要完成系统的算法处理,然后将数据传递给主处理器TMS320F2812,通过设计的控制程序,主DSP完成系统的其他功能,包括与外部的通信、控制管理等。
2.1DSP芯片简介
(1)TMS320F2812:
这种芯片采用高性能静态CMOS技术,具有150MHz的时钟频率(指令执行时间或完成一次动作的时间仅为6.67ns),片内集成了一个高性能32位CPU,具有非常高的集成度。
TMS320F2812针对数字控制系统应用做了优化设计,具有增强的电机控制外设、高性能的模数转换能力和通信接口,是目前用于数字控制领域性能较好的DSP芯片。
(2)TMS320VC5402:
TI的TMS320C5000系列主要长处是用于数字信号的算法处理,如FIR、IIR、FFT等等。
TMS320VC5402是定点的数字信号处理器,是DSP家族中高性价比的代表,有高度灵活的可操作性与高速的处理能力。
TMS320VC5402采用6级流水线,操作速率可达100MIPS,指令周期10ns;其内部的硬件乘法器、桶形移位器及专用加法器可进行信号的多种变换及处理。
2.2双DSP并行系统
在该系统中,综合利用TMS320F2812和TMS320VC5402的优势和特长,两者在控制和计算上分工明确、并行工作,可以有效地提高处理能力。
从处理器TMS320VC5402的主要功能是:
优化算法运算,承担系统的核心运算任务,将处理后得到的有关结果传递给主机,实现与主DSP的即时通信,上传匹配运算中间结果。
主处理器TMS320F2812的主要功能是:
将从外部获得的数据交由从机处理,实现外部缓存数据到片内的搬移,为DSP高速批处理开辟片内二级缓存;实现与从DSP的即时通信,接收外部命令与目标参数;实现键盘控制与屏幕显示,以达到控制与管理整个系统的目的(如图2所示)。
3双DSP的通信接口
3.1DSP的HPI口介绍
HPI是TMS320C54x芯片提供的一种并行接口,它与主机之间能实现并行、高速的数据传输。
利用HPI口进行双DSP并行连接通信时,不仅可以减少逻辑控制电路,而且由于DSP之间的速度、电气特性相同,数据可以全速传输,从而不需考虑接口传输速率的问题。
另一方面,在数据交换过程中,并不影响DSP的正常工作,DSP把待输出的数据放在片内固定的地址,需要时数据可直接从片内RAM的某一固定地址读取,这个特点为DSP之间的并行处理提供了优越的条件。
3.2HPI在双处理器中的应用
TMS320VC5402上的HPI口是增强型的8bit主机接口(Enhanced8bithostportinterface),TMS320F2812可以通过它访问TMS320VC5402片内16K的RAM空间。
这一接口由一个8bit的双向数据总线和不同的控制管脚组成,能够支持按高、低字节传送16bit数据。
TMS320VC5402只能访问控制寄存器,而TMS320F2812则对这三个寄存器都可以访问。
TMS320F2812欲随机访问TMS320VC5402的片内RAM,需要先发送一个16bit地址到HPI地址寄存器(HPIA),然后通过数据寄存器(HPID)访问该地址所指向的存储单元。
TMS320F2812欲连续访问一段RAM空间,则要先发送该段的自地址到HPIA,然后以地址自动加一的方式访问,即TMS320F2812每访问一个存储单元后HPIA自动指向下一个单元。
TMS320F2812和TMS320VC5402接口电路如图3所示。
4双DSP并行处理系统在陶瓷工业中的应用
(1)能有效地应用于陶瓷行业窑炉内进行实时监控
长期以来,很多窑炉生产线采用仪表显示温度、压力等,且采用人工记录,严重影响了产品质量。
双DSP并行处理系统可以快速完成数据采集及处理,根据用户需求建立采样数据库、状态数据库和档案数据库,并可以随时打印实时或历史的温度、压力报表等。
实际工作时,从DSP接收送来的数字信号,快速实现测点数据采样、平滑、滤波处理,优化出最佳曲线图。
主DSP则通过系统设计的屏幕显示、通讯管理等功能,按照给定的控制模式和控制参数进行控制。
实验表明:
这种双DSP并行处理系统,可以更加快速、准确地调整窑炉内的燃烧状况,从而有效地提高热工效率、降低陶瓷产品的烧成缺陷率、提高产品质量,同时降低能源消耗,并达到环保的目的。
(2)可用于成品质量检测
在陶瓷成品质量检测中,该系统用CCD摄像头采集生产线上产品的表面图像,通过图像处理和模式识别算法对图像进行预处理、图像分割、缺陷特征提取、判断决策等处理,以检测产品的表面是否存在缺陷,并且获取缺陷的尺寸、部位、类型、等级等信息,从而达到在线评估和控制产品表面质量的目的。
(3)可提高窑炉控制中的信号处理速度
以FFT算法为例,利用两片高速DSP芯片,应用其HPI接口并行实现FFT算法,能使运算时间大大减少,从而更好地满足实时性要求。
实验证明,双DSP的处理系统与单片DSP比较,虽然程序都为C语言,但前者处理128点FFT算法时间能缩短约46%。
5总结及展望
双DSP并行处理系统电路结构简单、功能强大、可靠性强,可以用于陶瓷工业过程控制,也能在其他许多领域应用。
希望通过该研究,为今后这一类型实时监控系统的开发提供一条思路,进而根据实际应用的需求探索几块、几十块DSP组成并行处理系统。
参考文献
1TexasInstruments,TMS320C54xDSPLibraryProgrammer’sReference,April2001:
CustomPrintingCompany,OwensvilleMissouri,2000
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5翟群英,李永全.HPI在多处理系统中的应用[J].现代电子技术,2005(5)
AParallelProcessingSystemBasedonDoubleDSPandItsApplicationinCeramicIndustry
HuangQian1HuangZhichu1WangXiaoming1WangXiaochun2
(1WuhanUniversityofTechnology4300702HuanggangCityHuayaoZhongzhouKiln&FurnaceCo.,Ltd438000)
Abstract:
AparallelprocessingsystembasedondoubleDigitalSignalProcessorTMS320F2812andTMS320VC5402wasdesignedinthispaper.It’sstructureandfunctionandtheHostPortInterfaceforparallelprocesssystemswerealsointroduced,anditsapplicationinceramicindustryandotherfieldswasmentioned.
Keywords:
doubleDigitalSignalProcessor,parallelprocessing,HostPortInterface
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- 一种 DSP 并行 处理 系统 及其 陶瓷 工业 中的 应用