一種基于多DSP協同工作的控制系統

　　2.2 任務分配策略

　　一般情況下，多處理機任務分配問題是NP-完全的，通常是根據具體應用需求，確定一個可行的、比較滿意的任務分配策略。任務分配的目的是合理配置系統資源，設法減少系統中各處理器間的通信開銷和執行模塊所需的開銷。均衡負載是將系統承擔的任務合理地分配給系統中各處理機，最大限度地提高系統的吞吐量。一般來說，減少系統的通信量和均衡負載是相互矛盾的。因此，任務分配策略也就是最大限度地減少系統中各子系統間的通信量，同時均衡各子系統的負載，以此提高整個系統的性能。

　　系統的任務分配有兩種方式：自動方式和人工方式。自動分配方式是根據系統狀態和各子系統任務量的估計確定任務分配策略，通過軟件自動為各子系統分配任務。人工分配方式是測控中心通過指令為子系統分配任務。

　　不妨假設系統是由N個組件構成的一個分布式系統，承擔的任務為T，則：

        T={Ti|0≤i＜M}，Ti為最小任務分割。

　　構造任務分配集合V：

　　確定任務分配策略TAS(Task Allocate Strategy)：

　　在實際應用中，任務分配策略受多種因素的制約和影響，如空間限制、信號干擾、通信距離等，所以，只能在一定條件下最大限度地滿足負載均衡、任務間最小通信量等任務分配原則。

　　在該系統的具體應用中，考慮到信號干擾和數據傳輸的要求，將系統承擔的任務主要分為信號的采集/預處理(SP)、信號運算(SC)、過程控制(SO)。SP任務主要承擔23路模擬信號的采集、AD轉換、信號濾波等；SC任務主要承擔各類信號的運算；SO任務主要承擔過程控制的參數計算、控制信號輸出、與測控中心實時交互等。經過測試，CPU對于SP、SC、SO任務的負載基本均衡，三個子系統之間的通信量基本相同。將承擔SP任務的子系統盡量放置在信號源附近，將承擔SO任務的子系統盡量放置在控制部件附近，可以減小信號的干擾，同時也能減少數據的通信量。基于以上因素的考慮，根據系統狀態，確定如表1所示的任務分配策略。

　　2.3 系統的協同工作

　　系統協同工作包括系統資源的統一調配(CPU、各類存儲器、事件管理器、GPIO等)、根據實際需求和系統狀態確定任務分配策略以及為各子系統分配任務。當系統狀態變化時，重新配置系統資源、確定任務分配策略，為每個子系統重新分配任務(見圖4)。該系統正常工作時，三個子系統分別承擔信號采集/預處理、信號運算和過程控制任務；當一個或兩個子系統出現故障時，系統通過CAN總線檢測各子系統情況，確定系統的狀態，根據任務分配策略，由其余子系統代替故障子系統的任務。當線路出現故障時，由測控中心通過串口發送指令，人工分配任務，保證系統正常工作。

　　2.4 輔助通信、與測控中心交互

　　系統由三個子系統構成，每個子系統有四路RS422串口，記作Ai、Bi、Ci(i=1、2、3、4)。根據任務的需求，Ai、Bi、Ci連接在一起，分別完成信息采集、子系統之間輔助通信、與測控中心交互的任務。

　　與測控中心實時交互的目的是：一方面將系統狀態和各種參數傳送到測控中心；另一方面，測控中心可以發送指令，完成指定的任務。

　　測控中心實時監視系統的工作狀態。當CAN總線工作正常時，系統自動完成任務分配等任務；當CAN總線出現斷路或其他線路故障時，測控中心發送指令給系統，人工分配任務，保證系統正常工作。

　　根據任務的需求，三個子系統的串口Ai、Bi、Ci(i=1、2、3、4)連接在一起發送數據時會發生沖突，因此，系統應根據各串口的工作狀態確定線路狀態，根據線路狀態決定對串口的讀寫。

　　本文介紹了由三個DSP嵌入式子系統構成的基于CAN總線的分布式系統的軟、硬件設計方案，著重分析了各子系統之間協同工作的方式。該系統充分利用了分布式系統的并發性和可靠性等特點，在滿足多路信號實時處理、多個過程控制、與測控中心實時交互等要求的基礎上，采用自動分配任務和指令分配任務相結合的方式，有效地提高了系統的可靠性。實驗仿真和現場測試表明，該系統不僅滿足了任務要求，而且還具有很高的穩定性和可靠性。

　　參考文獻

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