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(jī);而近年來32位處理器以其高性能、低價(jià)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(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理及滿足各種高實(shí)時(shí)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(fèi)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(gè)免費(fèi)的、強(qiáng)大的、可信賴的、具有可伸縮性與擴(kuò)充性的操作系統(tǒng)。Linux實(shí)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(dòng)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(gè)處理器芯片上集成兩個(gè)獨(dú)立的處理器核心，一個(gè)為ARM核心，另一個(gè)為DSP核心。這種設(shè)計(jì)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(gè)獨(dú)立的處理器核心，每個(gè)核心都具有完整的運(yùn)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(gè)核心通過并行總線連接，實(shí)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(jì)方法包括共享內(nèi)存、中斷機(jī)制和消息傳遞?1。

通信接口設(shè)計(jì)

雙核系統(tǒng)的通信接口設(shè)計(jì)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(gè)核心可以讀寫相同的數(shù)據(jù)，實(shí)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(jī)制?：利用中斷信號來通知一個(gè)核心處理來自另一個(gè)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(duì)列或其他通信機(jī)制，一個(gè)核心可以向另一個(gè)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同開發(fā)或獨(dú)立開發(fā)，適用于需要高實(shí)時(shí)性和高性能處理的場景?23。

雙核系統(tǒng)是指在一個(gè)處理器上集成兩個(gè)運(yùn)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(gè)物理處理器核心整合到一個(gè)處理器中，從而實(shí)現(xiàn)更高的并行計(jì)算能力。這種設(shè)計(jì)使得雙核處理器能夠在單個(gè)半導(dǎo)體上實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(shí)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(shí)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(jià)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(fù)載運(yùn)行時(shí)。

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(gè)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(shí)處理多個(gè)任務(wù)，而單核系統(tǒng)一次只能處理一個(gè)任務(wù)。

?性能和效率?：雙核系統(tǒng)在多任務(wù)處理時(shí)表現(xiàn)出更高的效率和性能，尤其是在需要大量計(jì)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(fù)載運(yùn)行時(shí)。

隨著計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測物理環(huán)境逐漸成為現(xiàn)實(shí)和研究的熱點(diǎn)。同時(shí)，嵌入式設(shè)備功耗低、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，為需要利用設(shè)備對現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控等諸多場合提供可靠的支持。

本文設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)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(shí)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(yùn)行采集和分析處理被監(jiān)控區(qū)域的物理信息，依據(jù)實(shí)際需求將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)或做出如報(bào)警、跳閘等即時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)對被檢測區(qū)域的物理事件的實(shí)時(shí)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(jì)較為復(fù)雜，穩(wěn)定性不高。本設(shè)計(jì)采用ARM與DSP雙核結(jié)構(gòu)，通過系統(tǒng)主從兩個(gè)設(shè)備單元的硬件通信接口的設(shè)計(jì)和軟件通信的設(shè)計(jì)，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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度和性能。