基于通道控制的双余度DSP设计与实现

引言

具有自动控制功能的电子设备已广泛应用于我国多型机上，用于飞机上各机载设备的控制、调节等功能。如图1所示，其控制系统主要由传感器信号输入、核心控制板及经过处理驱动后的控制信号输出，最后输出到机上的具体应用。本文将主要介绍如何利用通道复用技术设计实现具有双余度DSP的控制板部件，重点描述如何实现系统的双余度DSP设计、双DSP间如何通讯以及DSP的故障判定法则等。

控制板硬件设计

控制板的硬件框图如图2所示，主要由外部信息采集单元、双余度DSP模块、应用处理及其输出单元等组成。其中，双余度单元的CPU选用16位定点DSP TMS320LF2407A，其运行最高速率可达40MHz、片内集成多种外设。

图中，两个DSP通过CAN总线及I/O口进行控制信息交换及数据通信。两个DSP分别与收发器1、收发器2相连，这两个通道与外部数据或控制总线是相连的，即共享一个外部接口，通道控制逻辑使同一时刻只能有一个通道打开，保证系统工作的稳定性。其中DSP1是控制逻辑的主控制机，在正常工作的情况下由它控制着相应通道的通断及当前主控CPU。每个DSP都有自己的EEPROM存储器，用于存储系统的各种即时信息，并通过CAN总线在双机间进行传输。控制板工作时采集传感器及外部控制信息，通过CPU运算处理后由其对应的通道输出控制信息到相应控制盒，控制相应设备的动作。

双余度DSP模块硬件设计

双余度DSP模块是本设计的重点，其硬件原理如图2的双余度DSP模块。它由双DSP核及通道控制逻辑两部分组成。其中DSP1为主CPU，DSP2为辅CPU。当系统上电启动后主CPU通过I/O口通知辅CPU进行自检并采集其自检信息，同时当主CPU的EEPROM内容发生改变时，主CPU通过CAN总线发送相应的数据给辅CPU以更新辅CPU的EEPROM内容，如图3所示。图中CAN收发器为两个对连的CAN总线收发器，负责实现双机间系统即时信息的传送，并存储于各自对应的EEPROM中，供维护和查询。

通道控制逻辑决定着整个系统的当前工作CPU，即当其中一个CPU被认为有故障时，通道控制逻辑将主动或是被动地切换到系统认为没有故障的CPU，或决定由其中的一个CPU强制工作。通道控制逻辑的硬件原理如图4所示。所谓的主动切换是指当主DSP通个自检发现自身有故障(包括其对应的通道故障)，而其程序能正常工作的情况下，由其程序产生的通过控制I/O口的逻辑电平而产生的通道切换。被动切换是指非DSP自检的因素产生，而是由于通道控制逻辑本身硬件故障引起的通道意外切换。通道控制逻辑硬件由门电路组成，能有效地防止双机的抢权问题。同时控制逻辑返回给两个DSP一个"CTL_BACK"状态回读信号，用于判断当前的通道情况。

主DSP通过控制输入端口的逻辑状态来使能相应的通道，只有当两个控制端同时有效时选通主通道，此时主DSP工作。其他任何状态都将打开辅通道。可以有效避免由于主控DSP I/O口失效而产生不能切换的后果。同时主DSP不断检测"CTL_BACK"状态回读信号的状态，否则将产生被动切换，说明通道控制逻辑硬件故障。辅DSP上电后不断检测"CTL_BACK"状态回读信号，若检测到为有效，则说明通道已经切换到了辅通道，辅DSP开始工作。

作者：冉剑 南京航空航天大学 来源：电子产品世界