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：
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：
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
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。
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：
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。
