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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絡化功能。基于嵌入式系統(tǒng)的以上優(yōu)點，針 對星圖識別大數據量、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)構成和框圖 在星圖的識別系統(tǒng)中需要進行大量的星圖數據的處理工作，并且需要存儲星表數據，利 用一般的嵌入式系統(tǒng)很難滿足其數據量和實時性的要求，為此提出一種帶數據處理模塊的嵌 入式系統(tǒng)，這樣不僅可以大大增強其數據處理能力，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)的構成如圖1 所示： 2.2 系統(tǒng)硬件結構設計 為了達到系統(tǒng)的性能要求，高數據處理能力、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，能夠實現(xiàn)與視頻信號的無縫連接。由于DSP 器件中采用的哈佛結構、多總線結構和片內DMA 電路與局部總線，使其能夠實現(xiàn)數據的 并行操作，具有強大的數據和信息處理能力。 PC104 采集模塊采用中泰的PM516，具有模擬和數字兩種接口，模擬輸入部分：輸入 通道數：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。數字部分：電平方式為TTL，輸入、輸出通道數均為16 路。 2.3 SBC+DSP 系統(tǒng)優(yōu)點 DSP 采用改進的哈佛結構，具有獨立的程序和數據空間，允許同時存取程序和數據，由于其高速的數據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據處理操作。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據、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據處理系統(tǒng)，這個高速數據處理系統(tǒng)本身具有數據處理、可編程開發(fā)的特點。DSP 系統(tǒng)主要是完成圖像數據的采集，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據通過相應的接口傳遞給主系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結構模式充分利用DSP 系統(tǒng)強大的數據處理功能和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)的特點相結合，嵌入式計算機系統(tǒng)與專用信號處理器相結合。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。試驗證明圖像數據的采集率高達25 幀/s，而完成上述處理過程的時間 4 結論 本論文的創(chuàng)新點在于提出了一種將高速數據處理的數字信號處理器和具有嵌入式內核的實時操作系統(tǒng)有機結合起來，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 高速數字信號處理的能力，為實現(xiàn)系統(tǒng)的大數據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。 |
