基于SBC+DSP的嵌入式系統(tǒng)設計與應用
摘要： 在星圖的識別系統(tǒng)中需要進行大量的星圖數(shù)據(jù)的處理工作,，并且需要存儲星表數(shù)據(jù),，利 用一般的嵌入式系統(tǒng)很難滿足其數(shù)據(jù)量和實時性的要求,，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控制系統(tǒng)管理、控制工作,。
Abstract：
Key words :
1 引言
嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心,、以計算機技術為基礎、軟硬件可裁剪,、適應應用系統(tǒng)對 功能,、可靠性、成本,、體積,、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。其主要由嵌入式處理器,、 相關支撐硬件,、嵌入式操作系統(tǒng)及應用軟件系統(tǒng)等組成。使用嵌入式系統(tǒng)技術,，不僅可以實 現(xiàn)硬件和軟件的集成優(yōu)化,，而且具有多任務和網(wǎng)絡化功能?；谇度胧较到y(tǒng)的以上優(yōu)點,，針 對星圖識別大數(shù)據(jù)量、實時響應速度和高可靠性等特征,，以及方便以后的遠程控制,，本文提 出一種以SBC+DSP 為硬件平臺的嵌入式系統(tǒng)，并說明其特征,。
2 系統(tǒng)設計
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成和框圖
在星圖的識別系統(tǒng)中需要進行大量的星圖數(shù)據(jù)的處理工作，并且需要存儲星表數(shù)據(jù),，利 用一般的嵌入式系統(tǒng)很難滿足其數(shù)據(jù)量和實時性的要求,，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控制系統(tǒng)管理,、控制工作。整個系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1 所示：
2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設計
為了達到系統(tǒng)的性能要求，高數(shù)據(jù)處理能力,、實時響應能力,、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,，具有最大500 M 的CPU 頻率，支持多個串口通信 接口和USB2.0 通信接口,；硬件平臺支持WinCE6.0 或Windows XPE 嵌入式操作系統(tǒng),，能夠 支持CF 卡啟動；具有增強的IDE 總線接口和PC/104 外部擴展接口,。是一款高性價比,、低 功耗無風扇單板電腦，適合于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的應用環(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)字媒體應用的高性能32 位定點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),、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
DSP 采用改進的哈佛結(jié)構(gòu),，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù),，由于其高速的數(shù)據(jù)處理能力被廣泛地應用于圖像處理領域,，但是單獨的DSP 系統(tǒng)不能夠提供友好的人機交互界面,。嵌入式單板電腦雖然具有豐富的外部擴展接口和友好的人機界面，但其系統(tǒng)資源有限,，不適合進行大量的數(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)實優(yōu)勢互補,。主要特點如下：
1）整個系統(tǒng)采用了分布式的控制原理，將各個功能模塊單獨“隔離”,，使每個模塊都能夠單獨工作,，但同時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)可以作為一個獨立的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),，這個高速數(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。DSP 系統(tǒng)主要是完成圖像數(shù)據(jù)的采集,，并進行濾波,、信息提取和識別等算法處理，然后將獲取的有用數(shù)據(jù)通過相應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,、操作以及遠程通信功能。
3）其將通用操作系統(tǒng)與實時操作系統(tǒng)的特點相結(jié)合,，嵌入式計算機系統(tǒng)與專用信號處理器相結(jié)合,。軟硬件相輔相成集中統(tǒng)一地完成設備控制與信號處理，使整個系統(tǒng)的性能與可靠性得到進一步提高,。
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 用戶的習慣,。
5）用戶應用程序的開發(fā)可以在普通的PC 機上用相應的軟件進行，完成后將其移植到目標系統(tǒng)即可,。
6）由于采用了低功耗的設備,，與傳統(tǒng)的PC 機+DSP 系統(tǒng)相比較，其降低了整個系統(tǒng)的功耗,、成本。
3 工程應用
進行星圖識別的整個系統(tǒng)的流程如圖2 所示：
其中嵌入式系統(tǒng)的 DSP 子模塊來完成星圖的采集并對星圖作預處理工作,，包括去除噪聲,，圖像的分割,，用于后面的星圖識別工作。處理前后的結(jié)果分別如圖2,，圖3,；
比較處理前后的兩幅圖可以看出，圖像的信噪比明顯得到了提高,。試驗證明圖像數(shù)據(jù)的采集率高達25 幀/s,，而完成上述處理過程的時間
4 結(jié)論
本論文的創(chuàng)新點在于提出了一種將高速數(shù)據(jù)處理的數(shù)字信號處理器和具有嵌入式內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)有機結(jié)合起來，設計出一種嵌入式系統(tǒng)平臺,。使系統(tǒng)不僅具有嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點和技術特性,，而且還具有DSP 高速數(shù)字信號處理的能力，為實現(xiàn)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)量和實時性處理提供了有力的支持,，且其較傳統(tǒng)PC 機+DSP 控制系統(tǒng)在可靠性,、體積、功耗,、性價比等方面都具有明顯的優(yōu)勢,。
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