嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。早期的嵌入式系統(tǒng)硬件核心是各種類型的8位和16位單片機;而近年來32位處理器以其高性能、低價格,得到了廣泛的應(yīng)用。近年來,又出現(xiàn)了另一類數(shù)據(jù)密集處理型芯片DSP。DSP由于其特殊的結(jié)構(gòu)、專門的硬件乘法器和特殊的指令,使其能快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理及滿足各種高實時性要求。隨著現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜度越來越高,操作系統(tǒng)已成為嵌入式系統(tǒng)不可缺少的部分。免費的嵌入式操作系統(tǒng),如 Linux等,隨著自身不斷的改善,得到了飛速的發(fā)展。Linux是一個免費的、強大的、可信賴的、具有可伸縮性與擴充性的操作系統(tǒng)。Linux實現(xiàn)了許多現(xiàn)代化操作系統(tǒng)的理論,并且支持完整的硬件驅(qū)動程序、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與多處理器的架構(gòu),其源碼的公開更有利于操作系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用。

?DSP/ARM的雙核系統(tǒng)?是指在一個處理器芯片上集成兩個獨立的處理器核心，一個為ARM核心，另一個為DSP核心。這種設(shè)計可以顯著提高處理器的并行處理能力，從而提升系統(tǒng)的整體性能。

結(jié)構(gòu)與工作原理

雙核系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括兩個獨立的處理器核心，每個核心都具有完整的運算能力。ARM核心主要用于控制和少量的數(shù)據(jù)處理，而DSP核心則專注于高速的數(shù)字信號處理。兩個核心通過并行總線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的共享和協(xié)調(diào)。常見的通信接口設(shè)計方法包括共享內(nèi)存、中斷機制和消息傳遞?1。

通信接口設(shè)計

雙核系統(tǒng)的通信接口設(shè)計通常包括以下幾種方法：

?共享內(nèi)存?：通過共享內(nèi)存區(qū)域，兩個核心可以讀寫相同的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和傳遞。這種方法簡單且高效，但需要解決訪問沖突的問題。

?中斷機制?：利用中斷信號來通知一個核心處理來自另一個核心的消息或事件。這種方法可以減少核心之間的直接交互，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈活性。

?消息傳遞?：通過消息隊列或其他通信機制，一個核心可以向另一個核心發(fā)送消息或數(shù)據(jù)。這種方法適用于復(fù)雜的交互場景，能夠提供更高的靈活性和可靠性?1。

應(yīng)用場景

DSP/ARM雙核系統(tǒng)在各種應(yīng)用場景中都有廣泛的應(yīng)用。例如，在嵌入式系統(tǒng)中，ARM芯片主要用于控制和少量的數(shù)據(jù)處理，而DSP芯片則專注于高速的數(shù)字信號處理。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以充分利用ARM和DSP的各自特點，實現(xiàn)協(xié)同開發(fā)或獨立開發(fā)，適用于需要高實時性和高性能處理的場景?23。

雙核系統(tǒng)是指在一個處理器上集成兩個運算核心，通過并行總線連接，以提高處理能力和效率。?雙核處理器的工作原理是將兩個物理處理器核心整合到一個處理器中，從而實現(xiàn)更高的并行計算能力。這種設(shè)計使得雙核處理器能夠在單個半導(dǎo)體上實現(xiàn)多個處理核心的功能，從而提高整體性能而不需要增加硬件覆蓋區(qū)。?1雙核系統(tǒng)的優(yōu)勢和劣勢

雙核系統(tǒng)的優(yōu)勢包括：

?提高處理能力?：雙核處理器可以通過并行處理任務(wù)來提高整體的處理速度和效率。

?降低功耗?：雖然雙核處理器在處理任務(wù)時可能會增加一定的功耗，但由于其高效的并行處理能力，總體上可以減少任務(wù)完成時間，從而間接降低能耗。

?適用場景廣泛?：雙核處理器適用于需要高并發(fā)處理的應(yīng)用場景，如多媒體處理、大數(shù)據(jù)分析等。

然而，雙核系統(tǒng)也存在一些劣勢：

?成本較高?：雙核處理器的制造成本較高，因此其價格也相對較高。

?功耗增加?：雖然雙核處理器在處理能力上有優(yōu)勢，但在某些情況下可能會增加功耗，尤其是在高負載運行時。

雙核系統(tǒng)與單核系統(tǒng)的區(qū)別

雙核系統(tǒng)和單核系統(tǒng)在多個方面存在顯著差異：

?處理能力?：雙核系統(tǒng)具有更高的并行處理能力，可以同時處理多個任務(wù)，而單核系統(tǒng)一次只能處理一個任務(wù)。

?性能和效率?：雙核系統(tǒng)在多任務(wù)處理時表現(xiàn)出更高的效率和性能，尤其是在需要大量計算的任務(wù)中。

?功耗?：雖然雙核系統(tǒng)在處理能力上有優(yōu)勢，但在某些情況下可能會增加功耗，尤其是在高負載運行時。

隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)方式實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控和檢測物理環(huán)境逐漸成為現(xiàn)實和研究的熱點。同時，嵌入式設(shè)備功耗低、實時性強等特點，為需要利用設(shè)備對現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控等諸多場合提供可靠的支持。

本文設(shè)計了基于ARM和DSP的雙核嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時采集物理環(huán)境的數(shù)據(jù)信息并可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端以得到即時處理。系統(tǒng)以ARM芯片為主設(shè)備單元處理器，完成各種控制和網(wǎng)絡(luò)功能，以DSP芯片作為從設(shè)備單元處理器，完成數(shù)據(jù)采集和分析處理，ARM單元和DSP單元構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的雙核架構(gòu)。該系統(tǒng)通過自主運行采集和分析處理被監(jiān)控區(qū)域的物理信息，依據(jù)實際需求將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)或做出如報警、跳閘等即時處理，實現(xiàn)對被檢測區(qū)域的物理事件的實時監(jiān)控與檢測。檢測被監(jiān)控環(huán)境中物理信息的傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備，一般采用單核DSP處理器結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜，穩(wěn)定性不高。本設(shè)計采用ARM與DSP雙核結(jié)構(gòu)，通過系統(tǒng)主從兩個設(shè)備單元的硬件通信接口的設(shè)計和軟件通信的設(shè)計，將32位嵌入式微處理器ARM與數(shù)字信號處理器DSP相結(jié)合，以充分利用雙核處理器的優(yōu)勢。ARM系統(tǒng)單元采用經(jīng)過裁剪的Linux嵌入式實時操作系統(tǒng)，實現(xiàn)整個設(shè)備系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和網(wǎng)絡(luò)功能等;DSP單元通過檢測算法的移植，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集分析、處理和數(shù)據(jù)傳輸。

該雙核設(shè)備系統(tǒng)中，ARM系統(tǒng)作為主設(shè)備單元實現(xiàn)各控制功能，向DSP單元發(fā)出控制指令，通過硬件接口接收DSP采集的數(shù)據(jù);DSP系統(tǒng)作為從設(shè)備單元，搜集、分析和處理傳感器或CCD等外設(shè)獲取的物理數(shù)據(jù)，并向主設(shè)備單元發(fā)送有效信息。其中，ARM和DSP之間數(shù)據(jù)交換的速度決定了整個系統(tǒng)的運行速度和性能。