多中央處理機

多中央處理機

多中央處理機即多CPU系統,我們所說的多CPU系統通常包括四種不同的形式即多處理器系統(Multiprocessor Systems)、多計算機系統(Multicomputer Systems)、 網路系統(Network Systems)和分散式系統(Distributed Systems)。

基本介紹

  • 中文名:多中央處理機
  • 外文名:multiple CPU
  • 別名:多CPU系統
  • 學科:計算機科學與技術
  • 類別:計算機系統
  • 特點:處理複雜任務
基本概念,多CPU系統中的數據共享,多CPU之間的通信,利用雙連線埠RAM實現CPU之間通信,利用單連線埠RAM實現CPU之間的通信,利用串口EPROM實現CPU之間的通信,利用串列匯流排實現多CPU之間的通信,

基本概念

多中央處理機即多CPU系統,我們所說的多CPU系統通常包括四種不同的形式即多處理器系統(Multiprocessor Systems)、多計算機系統(Multicomputer Systems)、 網路系統(Network Systems)和分散式系統(Distributed Systems)。
嵌入式系統硬體標準化、模組化的設計,一直以來倍受設計人員重視。微型計算機技術的快速發展,各種各樣的單片機系統被開發出來,由於功能強大、價格低廉、靈活性強,所以被廣泛地用來代替純硬體電路組成的子模組,通過軟體控制,使得每個子模組具有分析判斷、控制能力,較純硬體電路組成的子模組相比,有很大的優越性。另一方面,由於單片機處理速度慢、任務多,一個系統僅靠一個CPU有時難以達到技術要求。所以,目前比較複雜的嵌入式系統一般都由若干個含有CPU的子模組組成,即多CPU嵌入式系統。在多CPU嵌入式系統中,各個CPU之間的任務協調,數據傳遞是系統設計的關鍵,也是難點。

多CPU系統中的數據共享

數據共享是指多個CPU之間通過一個或幾個存貯器來傳遞相互間的信息。通常一個CPU將要傳遞的數據,寫入到存貯器的固定區域,然後通知另一個CPU去取出數據,對數據進行處理。將處理的結果再寫入到存貯器某一區域,通知有關CPU取走並進行處理。
數據共享是多CPU系統傳遞信息、協調任務的一種重要手段。通常共享的存貯器可以是雙連線埠RAM,也可以是串口
。在實際中要根據系統的實時性要求進行選擇。一般,對於實時性要求高、需要傳輸大量數據的系統宜選用雙連線埠RAM作為共享存貯器,如音頻、視頻信號的分析處理,否則宜選用價格相對便宜的串口
作為共享存貯器(如24C02,93C46等),以最佳化設計降低成本。

多CPU之間的通信

利用雙連線埠RAM實現CPU之間通信

雙連線埠RAM是一種高速的存儲器晶片,有兩套地址匯流排、數據匯流排和控制匯流排,並有一套競爭裁決電路。因此,2個CPU在仲裁電路控制下,可以通過各自的地址匯流排、數據匯流排對其進行讀寫操作,方便地進行CPU之間的數據交換。常用的CMOS雙口RAM有IDT7132, ID7102等。利用雙連線埠RAM組成的多CPU系統原理如圖1所示:
多中央處理機
圖1
該系統特點是數據交換量大、速度快,適用於快速數據傳輸,但是系統的成本較高。能否用單連線埠RAM實現雙連線埠的功能呢,答案是肯定的。

利用單連線埠RAM實現CPU之間的通信

顧名思義,單連線埠RAM只有一套地址匯流排、數據匯流排、控制匯流排。要實現雙連線埠RAM的功能,就必須由硬體電路將一套匯流排變成兩套匯流排,分屬2個CPU控制。另外還必須設計一套競爭仲裁電路,防止2個CPU同時對RAM的操作衝突。好在這種接口電路的設計並不是太困難,74HC244, 74HC245再加一些門電路就能解決問題。

利用串口EPROM實現CPU之間的通信

串口
由於其引線少,價格低廉,在嵌入式系統中得到了廣泛的套用。下面以共享25C02為例,介紹多CPU之間的數據傳輸。原理如圖2所示:
多中央處理機
圖2
圖2中CPU1與CPU2通過共享25C02,CPU2與CPU3通過共享25C02完成他們之間的通信。

利用串列匯流排實現多CPU之間的通信

隨著計算機技術的發展,計算機的串口通信越來越多樣化。同步串口通信、異步串口通信、
匯流排、SPI匯流排、USB等,由於其實用性好,越來越為設計者所關注。特別是在多CPU嵌入式系統中,各個CPU通過串列匯流排相連可以方便地進行多CPU之間的通信。
(1)用
匯流排實現多CPU之間的通信
(Inter Intergrated Circuit)匯流排是由Philips公司提出並註冊的一種匯流排接口標準,是一種主從結構的二線同步匯流排,其中一根是同步移位時鐘SCL,另一根為數據線SDA。各CPU通過2條線相連,其原理如圖3所示:
多中央處理機
圖3
系統中的CPU可以選用帶有
匯流排接口的,如Philips公司的80C652, P87LC764等,其通信軟體包可以在網上下載,對於不帶
匯流排接口的CPU,可以通過I/O模擬Iz C匯流排,相應軟體可從網上下載,也可自己編寫。
有4種工作模式、主傳送模式、主接收模式、從傳送模式、從接收模式。根據各子系統需要,合理選用其工作模式即構成
匯流排多CPU通信系統。Iz C匯流排的數據傳送格式如圖4所示:
多中央處理機
圖4
S為Start信號,SLA為從機地址,也可以是通信地址;R/W為讀寫控制位;A為ACK應答位;DATA0~DATA7為數據位元組;S/P為下一個start或stop信號。
(2)利用SPl匯流排實現多CP U之間通信
SPI( Serial Peripheral Interface)匯流排是由Motorola公司提出並擁有商標的一種匯流排接口標準,是一種4線同步串列匯流排。4根線分別是:片選CS;串列移位SCK;串列移位數據輸入SI;串列移位輸出SO。在同一時刻串列數據移位輸入、輸出不能同時進行,因此,可以將二者連在一起,共用一根口線(即三線同步串列併線)。
如圖5是典型的基於 SPI匯流排組成的多CPU系統:
多中央處理機
圖5
系統中的CPU可以採用帶有SPI匯流排接口的單片機。對於沒有SPI匯流排接口的單片機系統,可使用普通I/O口模擬SPI匯流排,其通信程式自編。利用SPI匯流排組成的一個三級多CPU系統運行結果良好。利用串列匯流排實現多CPU通信,其優點是:連線簡單、方便、可靠,產品性價比好;缺點是數據傳輸速度慢,實時性差,不宜用於數據量大、通信頻繁的多CPU系統。

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