基于SBC+DSP 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對 功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其主要由嵌入式處理器、 相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。使用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，不僅可以實(shí) 現(xiàn)硬件和軟件的集成優(yōu)化，而且具有多任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)化功能。基于嵌入式系統(tǒng)的以上優(yōu)點(diǎn)，針 對星圖識(shí)別大數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)響應(yīng)速度和高可靠性等特征，以及方便以后的遠(yuǎn)程控制，本文提 出一種以SBC+DSP 為硬件平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)，并說明其特征。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)構(gòu)成和框圖

　　在星圖的識(shí)別系統(tǒng)中需要進(jìn)行大量的星圖數(shù)據(jù)的處理工作，并且需要存儲(chǔ)星表數(shù)據(jù)，利 用一般的嵌入式系統(tǒng)很難滿足其數(shù)據(jù)量和實(shí)時(shí)性的要求，為此提出一種帶數(shù)據(jù)處理模塊的嵌 入式系統(tǒng)，這樣不僅可以大大增強(qiáng)其數(shù)據(jù)處理能力，而且可以節(jié)省大量的系統(tǒng)資源，用于完 成其他的控制工作。SBC+DSP 嵌入式系統(tǒng)主要由單板電腦(SBC)和一些功能模塊組成，用 戶在系統(tǒng)提供的交互界面來完成對整個(gè)控制系統(tǒng)管理、控制工作。整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1 所示：

　　2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　為了達(dá)到系統(tǒng)的性能要求，高數(shù)據(jù)處理能力、實(shí)時(shí)響應(yīng)能力、成本和可靠性，各子模塊 的硬件選擇分別如下。

　　SBC 系統(tǒng)采用研華的PCM-9375[3]，具有最大500 M 的CPU 頻率，支持多個(gè)串口通信 接口和USB2.0 通信接口；硬件平臺(tái)支持WinCE6.0 或Windows XPE 嵌入式操作系統(tǒng)，能夠 支持CF 卡啟動(dòng)；具有增強(qiáng)的IDE 總線接口和PC/104 外部擴(kuò)展接口。是一款高性價(jià)比、低 功耗無風(fēng)扇單板電腦，適合于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，并且具有高的系統(tǒng)可靠性。

　　DSP 子系統(tǒng)采用DM642，專用于數(shù)字媒體應(yīng)用的高性能32 位定點(diǎn)DSP，其工作主頻最 高可到720MHz，具有多路視頻輸入輸出口，能夠?qū)崿F(xiàn)與視頻信號的無縫連接。由于DSP 器件中采用的哈佛結(jié)構(gòu)[4]、多總線結(jié)構(gòu)和片內(nèi)DMA 電路與局部總線，使其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的 并行操作，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和信息處理能力。

　　PC104 采集模塊采用中泰的PM516，具有模擬和數(shù)字兩種接口，模擬輸入部分：輸入 通道數(shù)：單端32 路，雙端16 路；輸入信號范圍：0～10V，-5V～+5V；輸入精度：12Bit； 最大采樣頻率：75KHz。數(shù)字部分：電平方式為TTL，輸入、輸出通道數(shù)均為16 路。

　　2.3 SBC+DSP 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

　　DSP 采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)，由于其高速的數(shù)據(jù)處理能力被廣泛地應(yīng)用于圖像處理領(lǐng)域，但是單獨(dú)的DSP 系統(tǒng)不能夠提供友好的人機(jī)交互界面。嵌入式單板電腦雖然具有豐富的外部擴(kuò)展接口和友好的人機(jī)界面，但其系統(tǒng)資源有限，不適合進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理操作。為了使系統(tǒng)滿足這兩方面的功能，本系統(tǒng)將兩者結(jié)合起來，現(xiàn)實(shí)優(yōu)勢互補(bǔ)。主要特點(diǎn)如下：

　　1）整個(gè)系統(tǒng)采用了分布式的控制原理，將各個(gè)功能模塊單獨(dú)“隔離”，使每個(gè)模塊都能夠單獨(dú)工作，但同時(shí)又能夠完成集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的目的。這種控制方式大大改善系統(tǒng)的可靠性。

　　2）從圖1 可以看出，DSP 子系統(tǒng)可以作為一個(gè)獨(dú)立的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這個(gè)高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)本身具有數(shù)據(jù)處理、可編程開發(fā)的特點(diǎn)。DSP 系統(tǒng)主要是完成圖像數(shù)據(jù)的采集，并進(jìn)行濾波、信息提取和識(shí)別等算法處理，然后將獲取的有用數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的接口傳遞給主系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式充分利用DSP 系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和SBC 嵌入式操作系統(tǒng)的管理、操作以及遠(yuǎn)程通信功能。

　　3）其將通用操作系統(tǒng)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)相結(jié)合，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與專用信號處理器相結(jié)合。軟硬件相輔相成集中統(tǒng)一地完成設(shè)備控制與信號處理，使整個(gè)系統(tǒng)的性能與可靠性得到進(jìn)一步提高。

　　4）SBC 系統(tǒng)安裝windows XPE 嵌入式系統(tǒng)，它是windows XP profession 的組件化版本，其界面于普通的XP 系統(tǒng)沒有差別，使其更適合大多數(shù)windows 用戶的習(xí)慣。