多CU间通信技术

2022/12/131北京交通大学电气工程学院数据通信与控制网络---多CPU常用通信方法与结构2022/12/132多微机系统通信大数据量和实时性已成为控制领域信号处理的一个基本特点单处理器运算能力限制，一个大型复杂系统往往有多个处理器，处理器间要协同工作就必须交换数据三个渊源借鉴：多CPU组成大型计算机的并行体系结构用开关阵列连接多台CPU、MEM—2X2阵列采用：按标准总线制作OEM产品构成开放型系统的方法吸取：计算机网络中使用的通信技术控制：实时、可靠、易扩展

2022/12/133三个层次芯片级：双口RAM,FIFO,公共内存，DMA系统级PC机的I/O口：RS232，RS485，PIO紧凑型总线：STD,ISA,cPCI,VME,PC104,3XBUS网络级Internet,Intranet现场总线/控制网络

芯片之间（CPU-CPU）的通信

OEM模板之间的通信微机之间的通信片间总线模板总线现场总线2022/12/134多微机系统常用通信方法共享存储区：都能访问的区域为中介双口RAM；单总线；开关矩阵；总线窗口PIO/标准并行内总线，易于实现，多采用主从方式，中断、查询点-点；星形；主从；环形；菊花链SIO：异步协议，主从方式，硬线联络，短距离点-点；星形；主从232，SPI，IICLAN2022/12/135多端口公用存储器结构形式多端口公用存储器系统多端口公用存储器多台微处理器多端口共用I/O以共享存储区作为多微处理器交换数据的场所（紧耦合，速度快）多CPU智能化仪器仪表双机冗余控制系统多微机动态仿真2022/12/136多cpu间共享存储区两个处理器要交换数据则必须要有两个处理器都可以访问的共享存储体，一个处理器将数据写入存储体，而由另一处理器将数据读出，使两个处理器间可以有效地交换数据，实现数据共享需要解决：当一个处理器给存储体写入数据后产生旗标通知另一处理器将数据取走；两个处理器访问同一存储单元可能产生的冲突。2022/12/137公用总线共享存储区结构形式单公用总线竞争、排队、BC仲裁；多重公用总线速率、可靠性提高适用于一块模板中多CPU的应用，非标准总线2022/12/138矩阵开关式共享存储器结构形式处理器本身总线接口简单开关矩阵、KC复杂，Dbus、Abus、Cbus2022/12/139总线窗口共享存储区结构形式A/B机系统：CPU、总线、专用内存、公共内存、外设A通过虚拟地址访问B共享区：总线窗口先接通A、B两边Dbus、Cbus，由窗口实现A机虚地址到B机实地址的变换总线窗口：系统简单时，可用逻辑电路实现；复杂时，可内含uP2022/12/1310总线窗口共享存储区系统带简易总线窗口的双CPU系统结构2022/12/811简易总线窗窗口，无地地址变换CPU1要求CPU2发送数据：：CPU2把数据写入入M2共享区，通通过PIO2发出RDY2准备就绪CPU1经PIO1识别RDY2，通过PIO1向总线控制制逻辑发出出请求通信信信号CMRQ1收到CMRQ1后，总线控控制逻辑产产生总线请请求信号/BUSRQ2到CPU2CPU2收到/BUSRQ2后，发出响响应BUSAK2到总线控制制逻辑，CPU2放弃总线总线控制逻逻辑收到/BUSAK2后，产生控控制信号使使总线开关关通，并把把BUSAK2经过PIO1送CPU1CPU1收到BUSAK2确认CPU2已放弃总线线，且总线线开关已通通，CPU1访问M2。”数据块块传送”从从M2共享区到M1共享区总线开关2022/12/8122022/12/813双口RAM允许两个处处理器各访访问一个端端口，每一一个处理器器都可以将将双口RAM看作自己的的本地存储储器。用双口RAM实现数据交交换双口RAM的每个端口口都有各自自的数据、、地址、控控制总线硬件判优软件判优2022/12/814当两个个处理理器同同时对对同一一地址址单元元操作作（如如同时时写、、或一一个写写一个个读）），双双口RAM会自动动产生生BUSY信号表表示冲冲突。。当一端端的CPU对该存存储器器某地地址读读写时时，双双口RAM会将这这端的的BUSY置高电电平，，而将将另一一端BUSY置低电电平；；当另一一端的的CPU要对双双口RAM读写时时，它它会检检测己己端的的BUSY，若为为低则则等待待一个个时钟钟周期期再检检测BUSY，直到到为高高电平平时才才能进进行存存储操操作。。可以将将BUSY信号接接至处处理器器的READY端，使使其读读或写写时序序延长长，最最终读读出或或写入入。双口RAM的硬件件判优优2022/12/815双口RAM具有两两套中中断逻逻辑，，通过过两个个INT引脚分分别连连到两两个CPU的中断断引脚脚上，，实现现双CPU的握手手双口RAM的最高高两个个字节节为特特殊中中断字字节，，即当当CPU对这两两个字字节读读写时时，可可以清清除或或发送送中断断：当左边边CPU向奇地地址(IDT7005为1FFF)写操作作时，，双口口RAM向右端端口中中断引引脚CPU发中断断；右端CPU向奇地地址读读操作作时，，清除除该中中断。。当右边边CPU向偶地地址(1FFE)写操作作时，，双口口RAM向左端端口中中断引引脚CPU发中断断；左端CPU向偶地地址读读操作作时，，清除除该中中断。。双口RAM的软件件判优优2022/12/816共享存存储区区的分分配与与管理理共享存存储器器为多多个CPU之间交交换信信息提提供了了中转转空间间，需需要解解决争争用、、冲突突的问问题判决器器法：：独立立于各各CPU的专用用单元元，对对要求求使用用共享享存储储器式式公用用总线线的请请求进进行裁裁决（（总线线控制制器、、总线线仲裁裁器））端口控控制器器法：：实现现对共共享存存储器器的分分配与与管理理判决器器法工工作原原理2022/12/8172022/12/818高速数数字信信号处处理板板微机与与基于于DSP的数字字信号号处理理板通通过双双口RAM通信例例TMS320C25—PCIDT7132+IDT7142字扩展展IDT71332022/12/819双机机故故障障自自动动切切换换系系统统内存A机总线B机总线开关总线时钟内存时钟CPUCPUI/OI/O通信窗口KGB(总线开关)中间缓存I/O发送终端终端双机双工工系统双机执行行同样的的程序，，并进行行必要的的进程通通信-同步双机备用用系统备用机不不必同步步运行，，因此不不设通信信窗口2022/12/820双机故障障自动切切换系统统KGB(总线开关)开关总线线、KGB、中间缓缓存及控控制量输输出I/O不可少；；在故障状状态，KGB先脱离主主机，中中间缓存存器保持持着原控控制量输输出值，，使控制制量输出出不变；；KGB合到备用用机上，，中间缓缓存中存存放的原原主机中中间结果果作为备备用机开开工条件件；系统故障障的监测测方法有有软件故故障检测测法，超超时故障障检测法法等多种种。在双机备备用系统统中，以以中间结结果作为为开工条条件将使使备用机机较快地地进入正正常，切切换带给给系统的的扰动小小，但比比双工双双机差一一些。双机备用用系统结结构简单单，程序序编排容容易。2022/12/821总线切换换开关KGB“单总线共共享存储储区结构构”：开关总线线==单公用总总线中间缓存存器==共享存储储器控制量输输出I/O==共享I/OA机开关优先权部件B机A机总线B机总线A机接口B机接口状态寄存器开关切换部件状态寄存器开关总线中间缓存输出电源2022/12/822总线开关关IDT74FST163212IDT74FST163212是一种典典型的总总线开关关芯片S0-2是总线开开关控制制端；A、B、C、D是四个总线线端口，每每个总线端端口由12根线组成；；由S0-2控制A、B和C、D总线端口的的导通或不不导通。2022/12/823用总线开关关加存储器器实现数据据交换对于像图像像处理等需需要大量交交换数据的的应用场合合，用双口口RAM或FIFO方法就不太太合适。双双口RAM和FIFO一般容量较较小，价格格昂贵：双口RAMIDT7133：32Kbit(2kX16bit)单向FIFOIDT7205：8KX9bit用总线开关关外加大容容量存储器器很适合这这种大容量量的数据传传输。2022/12/824多微机系统统的PIO通信法在并行内总总线互连的的多微机系系统中,最易于实现现两种基本形形式单I/O接口：作为为主机的外外围设备，，可采用中中断、查询询等方式双I/O接口：接口口芯片内部部是许多三三态门开关关寄存器，，类似于双双口RAM异步传输：：每个字节节间可有长长短不等的的间隙串行：启停停位包装并行：握手手联络线2022/12/825多微机系统统的PIO通信法无握手联络络：74HC273,274,244,245,373…单线握手联联络：Intel8212RDY(o)，接口中数数据准备好好STB(I)，外设数据据准备好，，选通接口口多线握手联联络：Intel8255数据线并行接口（含数据寄寄存器）控制线地址线联络线数据线CPU外设2022/12/826多微机系统的的PIO通信法多台微机经过过并行I/O接口（芯片））互连，实现现数据交换，，大多按主从从方式通信:CPU把数据写入输输出口，RDY有效外设收妥数据据后，使/STB有效/STB后沿使RDY复原，使/INT有效，可传送送下一字节。。CPU并行接口外设/IOWDBUS/INTRDY/STB并行数据12345RDY/STB/INT并行数据第一字节第二字节2022/12/827双机PIO通信的几个问问题异步传输：SIO与PIO的异同流量控制：靠靠握手联络信信号，“停-等”主从方式：网络寻址：差错控制：总线驱动：高层协议：端端点间进程通通信-同步，会话层层；代码，相相互理解，表表示层2022/12/828作业设计一个双CPU通过双口RAM进行数据交换换的实验，要要求：实验目的、要