CN101201622A - 基于龙芯的分布式多处理器控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于龙芯的分布式多处理器控制***,属于控制***技术领域。本发明由龙芯处理器和相关软硬件构成控制***,通过共用的***总线与数字和模拟信号采集模块、音频视频和无线通讯模块、IDE硬盘和网络接口模块、RS232和RS422以及PWM驱动模块、USB和红外接口CAN总线模块相连,采用可编程器件设计的总线协调器负责协调处理单元和***功能模块之间的信息交互。本发明利用相关硬件和软件技术实现多个龙芯处理器协同处理,每个龙芯处理器分担不同的功能和任务,其中某个龙芯处理器故障,相应的功能和任务有其他的龙芯处理器承担,保障控制***的可靠运行。本发明可以应用到飞行器、高速列车、国防机器人、工业控制等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制***或一种新发明的控制器,特别是一种基于多个中国自主知识产权的龙芯处理器协同处理的控制***,属于控制***技术领域。
背景技术
现有的控制***是由单个处理器进行信息处理和进行控制的,对于某些特殊的用对象和应用领域,需要进行复杂信息的采集和处理,并对被控制对象的进行复杂的控制,这样对于单个处理器构成的控制***对于处理器的性能要求很高,并且很难完成任务。
本发明利用中国自主知识产权的龙芯处理器2E所特有的多处理器交互总线,结合当前的可编程器件的发展,以及***接口器件构成基于龙芯的分布式多处理器控制***。
发明内容
本发明的目的是设计一种基于多个中国自主知识产权的龙芯处理器协同处理的控制***,以该控制***或控制器为主,布置相应的传感器和执行器,完成外部该控制***信息采集功能,并提供给该控制***,该控制***中控制单元利用相关硬件和软件技术实现多个龙芯处理器协同处理,每个龙芯处理器分担不同的功能和任务,其中某个龙芯处理器故障,相应的功能和任务由其他的龙芯处理器承担,保障控制***的可靠运行。
控制***或控制器实现多个的龙芯处理器协同处理工作;具有通用应用对象和应用领域需要的基本接口和总线,可以完成外部数字信号和模拟信号的采集,进行PWM驱动控制,具备音频和视频功能,支持IDE硬盘和网络接口,支持RS232和RS422接口,支持USB接口和红外接口,支持无线通讯功能,具有CAN总线功能等。并且可以根据复杂应用对象和特殊应用领域,对协同工作龙芯处理器从2个到最多达8个定制,同时接口和总线进行裁减和添加。
为实现上述目的,本发明利用中国自主知识产权的龙芯处理器2E所特有的多处理器交互总线,结合当前的可编程器件的发展,以及***接口器件构成基于龙芯的分布式多处理器控制***。
本发明的技术方案
本发明是由控制单元和功能模块单元组成,其中控制单元可以由从2个到8个龙芯处理器2E和各自的程序FLASH构成,通过共用的***总线与功能模块单元进行通讯;功能模块单元包括数字和模拟信号采集模块、音频视频和无线通讯模块、IDE硬盘和网络接口模块、RS232和RS422以及PWM驱动模块、USB和红外接口CAN总线模块;控制单元和功能模块单元之间的信息交互采用可编程器件设计的总线协调器负责协调;它们之间的连接关系为:控制单元通过龙芯处理器2E的数据总线和共用的***总线相连,共用的***总线与功能模块单元通过标准总线定义相连接,控制单元和功能模块单元在共用的***总线进行通讯,功能模块单元包括数字和模拟信号采集模块、音频视频和无线通讯模块、IDE硬盘和网络接口模块、RS232和RS422以及PWM驱动模块、USB和红外接口CAN总线模块;采用可编程逻辑器件设计的总线协调器负责协调处理单元和***功能模块之间的信息交互。
采用的可编程器件设计的总线协调器,主要包括任务分配、空闲监测、优先处理、处理器状态监测4个功能模块;总线协调器功能模块连接关系为:其中任务分配模块输入端和***总线相连,其输出端和控制单元的龙芯处理器相连,任务分配模块主要负责控制***或控制器的任务分配给具体的龙芯处理器处理,在***工作前已经划分好,并根据处理器状态进行动态的调整;空闲监测模块的输入端和控制单元以及***总线相连,空闲监测模块的输出端管理具体的任务分配,空闲监测模块负责监测总线或处理器空闲和忙的情况,是否有事件请求,以及被请求对象的是否空闲等;优先处理模块的输入端和控制单元以及***总线相连,优先处理模块的输出端将请求进行优先处理排队等候被请求对象空闲状态,优先处理模块是当总线或处理器请求时,被请求对象没有处于空闲状态,将请求进行优先处理排队等候被请求对象空闲状态;处理器状态监测模块的输入端和控制单元的分布式处理单元相连,对分布式处理单元的处理器是否正常进行监测,输出端和***总线相连,工作正常时处理器会定时向总线协调器写状态标志。
总线协调器对于***接口模块的请求处理流程是:首先由任务分配模块判断任务归属的处理器,再根据处理器状态监测模块判断处理器是否正常。如果处于故障状态,由任务分配模块重新分配任务归属的处理器;如果处于正常状态,空闲监测模块监测处理器空闲和忙的情况,空闲情况则请求处理器响应***接口模块的请求并进行处理,忙的情况优先处理模块将请求进行优先处理排队等候处理器空闲状态。
总线协调器对于处理器的请求处理流程是首先根据处理器状态监测模块判断处理器是否正常,如果处于故障状态,则不响应处理器的请求;如果处于正常状态,由任务分配模块判断任务归属的***接口模块;空闲监测模块监测总线空闲和忙的情况,空闲情况则请求总线响应处理器的请求并进行处理,忙的情况优先处理模块将请求进行优先处理排队等候总线空闲状态。
龙芯处理器2E和总线协调器具体的总线连接定义,龙芯处理器2E总线包括64位双向***地址数据总线,12位双向命令数据标识总线,3位总线仲裁信号,1位数据传输有效标识信号,2位数据传输流控制信号,5位针对外部写操作请求号释放信号(含有效位),4位全局写请求号释放信号(含有效位)。
分布式处理***中龙芯处理器的主程序流程是龙芯处理器启动后调用程序FLASH中的初始化程序对资源进行初始化,向总线协调器写入状态标志,释放总线置空闲状态,等待任务调度,如果是***接口模块任务请求,响应并完成处理;如果是处理器任务请求,通过总线协调器完成任务处理。
本发明的总线协调器,主要包括任务分配、空闲监测、优先处理、处理器状态监测4个功能模块。其中任务分配模块主要负责控制***或控制器的任务分配给具体的龙芯处理器处理,在***工作前已经划分好,并根据处理器状态进行动态的调整;空闲监测模块负责监测总线或处理器空闲和忙的情况,是否有事件请求,以及被请求对象的是否空闲等;优先处理模块是当总线或处理器请求时,被请求对象没有处于空闲状态,将请求进行优先处理排队等候被请求对象空闲状态;处理器状态监测模块是对分布式处理单元的处理器是否正常进行监测,主要根据工作正常处理器会定时向总线协调器写状态标志。
总线协调器对于***接口模块的请求处理流程,首先由任务分配模块判断任务归属的处理器,再根据处理器状态监测模块判断处理器是否正常。如果处于故障状态,由任务分配模块重新分配任务归属的处理器;如果处于正常状态,空闲监测模块监测处理器空闲和忙的情况,空闲情况则请求处理器响应***接口模块的请求并进行处理,忙的情况优先处理模块将请求进行优先处理排队等候处理器空闲状态。
本发明的总线协调器对于处理器的请求处理流程,首先根据处理器状态监测模块判断处理器是否正常,如果处于故障状态,则不响应处理器的请求;如果处于正常状态,由任务分配模块判断任务归属的***接口模块;空闲监测模块监测总线空闲和忙的情况,空闲情况则请求总线响应处理器的请求并进行处理,忙的情况优先处理模块将请求进行优先处理排队等候总线空闲状态。
本发明的龙芯处理器2E和总线协调器具体的总线连接定义,龙芯处理器2E总线包括64位双向***地址数据总线,12位双向命令数据标识总线,3位总线仲裁信号,1位数据传输有效标识信号,2位数据传输流控制信号,5位针对外部写操作请求号释放信号(含有效位),4位全局写请求号释放信号(含有效位),具体的总线定义请参照下表。
龙芯2E处理器***总线信号列表
信号名称 | 输入/输出 | 描述 |
SysAD[63:0] | I/O | ***总线地址/数据总线 |
SysADC[7:0] | I/O | ***总线地址/数据奇偶校验总线 |
SysCmd[11:0] | I/O | ***总线命令/数据标识总线 |
SysCmdPar | I/O | ***总线命令/数据标识奇偶校验总线 |
PREQ# | O | 处理器请求信号 |
PGNT# | I | 套片对处理器请求的应答信号 |
WrRdy# | I | 写准备好信号 |
RdRdy# | I | 读准备好信号 |
SysValid# | I/O | ***总线传输有效标识信号 |
Release# | I/O | ***总线释放信号 |
SysResp[2:0] | I | 套片对写操作的请求号释放 |
SysRespVal# | I | 套片对写操作的请求号释放有效标识 |
SysState[2:0] | O | 处理器对外部写操作的请求号的释放 |
SysStateVal# | O | 处理器对外部写操作的请求号释放的有效标识 |
SysStatePar | O | 处理器释放外部写操作的请求号的奇偶校验标识 |
本发明的控制单元中分布式龙芯处理器的主程序流程是,龙芯处理器启动后调用程序FLASH中的初始化程序对资源进行初始化,向总线协调器写入状态标志,释放总线置空闲状态,等待任务调度,如果是***接口模块任务请求,响应并完成处理;如果是处理器任务请求,通过总线协调器完成任务处理。
本发明的有益效果:本发明对比已有技术,由于利用龙芯处理器2E所特有的多处理器交互总线,结合当前的可编程器件的发展,以及***接口器件构成基于龙芯的分布式多CPU嵌入式控制***,可以对于某些特殊的用对象和应用领域,进行复杂信息的采集和处理,并对被控制对象的进行复杂的控制。
附图说明
图1为基于龙芯的分布式多处理器控制***框图;
图2中,2-a-总线协调器功能模块结构,2-b-任务分配模块 2-c-空闲监视模块 2-d-优先处理模块 2-e-处理器状态模块;
图3为总线协调器对于***接口模块的请求处理流程;
图4为总线协调器对于处理器的请求处理流程;
图5为龙芯处理器2E和总线协调器具体的总线连接图;
图6为控制单元中分布式龙芯处理器的主程序流程。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,该控制***主要控制单元和功能模块单元组成,其中控制单元可以由从2个到8个龙芯处理器2E和各自的程序FLASH构成,通过共用的***总线与功能模块单元进行通讯,功能模块单元包括数字和模拟信号采集模块、音频视频和无线通讯模块、IDE硬盘和网络接口模块、RS232和RS422以及PWM驱动模块、USB和红外接口CAN总线模块,控制单元和功能模块单元之间的信息交互采用可编程器件设计的总线协调器负责协调。它们之间的连接关系为:控制单元通过龙芯处理器2E的数据总线和共用的***总线相连,共用的***总线与功能模块单元通过标准总线定义相连接,控制单元和功能模块单元在共用的***总线进行通讯,功能模块单元包括数字和模拟信号采集模块、音频视频和无线通讯模块、IDE硬盘和网络接口模块、RS232和RS422以及PWM驱动模块、USB和红外接口CAN总线模块;采用可编程逻辑器件设计的总线协调器负责协调处理单元和***功能模块之间的信息交互。
如图2所示,采用ACTEL公司的可编程器件APAO75设计的总线协调器,主要包括任务分配、空闲监测、优先处理、处理器状态监测4个功能模块。其中任务分配模块主要负责控制***或控制器的任务分配给具体的龙芯处理器处理,在***工作前已经划分好,并根据处理器状态进行动态的调整;空闲监测模块负责监测总线或处理器空闲和忙的情况,是否有事件请求,以及被请求对象的是否空闲等;优先处理模块是当总线或处理器请求时,被请求对象没有处于空闲状态,将请求进行优先处理排队等候被请求对象空闲状态,;处理器状态监测模块是对分布式处理单元的处理器是否正常进行监测,主要根据工作正常处理器会定时向总线协调器写状态标志。
如图3所示,总线协调器对于***接口模块的请求处理流程,首先由任务分配模块判断任务归属的处理器,再根据处理器状态监测模块判断处理器是否正常。如果处于故障状态,由任务分配模块重新分配任务归属的处理器;如果处于正常状态,空闲监测模块监测处理器空闲和忙的情况,空闲情况则请求处理器响应***接口模块的请求并进行处理,忙的情况优先处理模块将请求进行优先处理排队等候处理器空闲状态。
如图4所示,总线协调器对于处理器的请求处理流程,首先根据处理器状态监测模块判断处理器是否正常,如果处于故障状态,则不响应处理器的请求;如果处于正常状态,由任务分配模块判断任务归属的***接口模块;空闲监测模块监测总线空闲和忙的情况,空闲情况则请求总线响应处理器的请求并进行处理,忙的情况优先处理模块将请求进行优先处理排队等候总线空闲状态。
如图5所示,龙芯处理器2E和总线协调器具体的总线连接定义,龙芯处理器2E总线包括64位双向***地址数据总线,12位双向命令数据标识总线,3位总线仲裁信号,1位数据传输有效标识信号,2位数据传输流控制信号,5位是对外部写操作请求号释放信号(含有效位),4位全局写请求号释放信号(含有效位),具体的总线定义请参照***总线信号列表。
如图6所示,分布式处理单元中龙芯处理器的主程序流程,龙芯处理器启动后调用程序FLASH中的初始化程序对资源进行初始化,想总线协调器写入状态标志,释放总线置空闲状态,等待任务调度,如果是***接口模块任务请求,响应并完成处理;如果是处理器任务请求,通过总线协调器完成任务处理。
本发明包括但不局限于本实施方式,凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何修改、删加,都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于龙芯的分布式多处理器控制***,其特征在于:该控制***由控制单元和功能模块单元组成,其中控制单元可以由从2个到8个龙芯处理器2E和各自的程序FLASH构成,通过共用的***总线与功能模块单元进行通讯;功能模块单元包括数字和模拟信号采集模块、音频视频和无线通讯模块、IDE硬盘和网络接口模块、RS232和RS422以及PWM驱动模块、USB和红外接口CAN总线模块,控制单元和功能模块单元之间的信息交互采用可编程器件设计的总线协调器负责协调;其连接关系为:控制单元通过龙芯处理器2E的数据总线和共用的***总线相连,共用的***总线与功能模块单元通过标准总线定义相连接,控制单元和功能模块单元在共用的***总线进行通讯,功能模块单元包括数字和模拟信号采集模块、音频视频和无线通讯模块、IDE硬盘和网络接口模块、RS232和RS422以及PWM驱动模块、USB和红外接口CAN总线模块;采用可编程逻辑器件设计的总线协调器负责协调处理单元和***功能模块之间的信息交互。
2.如权利要求1所述的一种基于龙芯的分布式多处理器控制***,其特征在于:采用的可编程器件设计的总线协调器,主要包括任务分配、空闲监测、优先处理、处理器状态监测4个功能模块;总线协调器功能模块连接关系如下:其中任务分配模块输入端和***总线相连,其输出端和控制单元的龙芯处理器相连,任务分配模块主要负责控制***或控制器的任务分配给具体的龙芯处理器处理,在***工作前已经划分好,并根据处理器状态进行动态的调整;空闲监测模块的输入端和控制单元以及***总线相连,空闲监测模块的输出端管理具体的任务分配,空闲监测模块负责监测总线或处理器空闲和忙的情况,是否有事件请求,以及被请求对象的是否空闲等;优先处理模块的输入端和控制单元以及***总线相连,优先处理模块的输出端将请求进行优先处理排队等候被请求对象空闲状态,优先处理模块是当总线或处理器请求时,被请求对象没有处于空闲状态,将请求进行优先处理排队等候被请求对象空闲状态;处理器状态监测模块的输入端和控制单元的分布式处理单元相连,对分布式处理单元的处理器是否正常进行监测,输出端和***总线相连,工作正常时处理器会定时向总线协调器写状态标志。
3.如权利要求1所述的一种基于龙芯的分布式多处理器控制***,其特征在于总线协调器对于***接口模块的请求处理流程是:首先由任务分配模块判断任务归属的处理器,再根据处理器状态监测模块判断处理器是否正常;如果处于故障状态,由任务分配模块重新分配任务归属的处理器;如果处于正常状态,空闲监测模块监测处理器空闲和忙的情况,空闲情况则请求处理器响应***接口模块的请求并进行处理,忙的情况优先处理模块将请求进行优先处理排队等候处理器空闲状态。
4.如权利要求1所述的一种基于龙芯的分布式多处理器控制***,其特征在于:总线协调器对于处理器的请求处理流程是首先根据处理器状态监测模块判断处理器是否正常,如果处于故障状态,则不响应处理器的请求;如果处于正常状态,由任务分配模块判断任务归属的***接口模块;空闲监测模块监测总线空闲和忙的情况,空闲情况则请求总线响应处理器的请求并进行处理,忙的情况优先处理模块将请求进行优先处理排队等候总线空闲状态。
5.如权利要求1所述的一种基于龙芯的分布式多处理器控制***,其特征在于:龙芯处理器2E和总线协调器具体的总线连接定义,龙芯处理器2E总线包括64位双向***地址数据总线,12位双向命令数据标识总线,3位总线仲裁信号,1位数据传输有效标识信号,2位数据传输流控制信号,5位针对外部写操作请求号释放信号(含有效位),4位全局写请求号释放信号(含有效位)。
6.如权利要求1所述的一种基于龙芯的分布式多处理器控制***,其特征在于:分布式处理***中龙芯处理器的主程序流程是龙芯处理器启动后调用程序FLASH中的初始化程序对资源进行初始化,向总线协调器写入状态标志,释放总线置空闲状态,等待任务调度,如果是***接口模块任务请求,响应并完成处理;如果是处理器任务请求,通过总线协调器完成任务处理。
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