引言

　　嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。其主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。使用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)硬件和軟件的集成優(yōu)化，而且具有多任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)化功能?；谇度胧较到y(tǒng)的以上優(yōu)點，針對星圖識別大數(shù)據(jù)量、實時響應(yīng)速度和高可靠性等特征，以及方便以后的遠程控制，本文提出一種以SBC+DSP為硬件平臺的嵌入式系統(tǒng)，并說明其特征。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　系統(tǒng)構(gòu)成和框圖

　　在星圖的識別系統(tǒng)中需要進行大量的星圖數(shù)據(jù)的處理工作，并且需要存儲星表數(shù)據(jù)，利用一般的嵌入式系統(tǒng)很難滿足其數(shù)據(jù)量和實時性的要求，為此提出一種帶數(shù)據(jù)處理模塊的嵌入式系統(tǒng)，這樣不僅可以大大增強其數(shù)據(jù)處理能力，而且可以節(jié)省大量的系統(tǒng)資源，用于完成其他的控制工作。SBC+DSP嵌入式系統(tǒng)主要由單板電腦(SBC)和一些功能模塊組成，用戶在系統(tǒng)提供的交互界面來完成對整個控制系統(tǒng)管理、控制工作。整個系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示：


　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　為了達到系統(tǒng)的性能要求，高數(shù)據(jù)處理能力、實時響應(yīng)能力、成本和可靠性，各子模塊的硬件選擇分別如下。

　　SBC系統(tǒng)采用研華的PCM-9375，具有最大500M的CPU頻率，支持多個串口通信接口和USB2.0通信接口；硬件平臺支持WinCE6.0或WindowsXPE嵌入式操作系統(tǒng)，能夠支持CF卡啟動；具有增強的IDE總線接口和PC/104外部擴展接口。是一款高性價比、低功耗無風(fēng)扇單板電腦，適合于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，并且具有高的系統(tǒng)可靠性。

　　DSP子系統(tǒng)采用DM642，專用于數(shù)字媒體應(yīng)用的高性能32位定點DSP，其工作主頻最高可到720MHz，具有多路視頻輸入輸出口，能夠?qū)崿F(xiàn)與視頻信號的無縫連接。由于DSP器件中采用的哈佛結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)和片內(nèi)DMA電路與局部總線，使其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的并行操作，具有強大的數(shù)據(jù)和信息處理能力。

　　PC104采集模塊采用中泰的PM516，具有模擬和數(shù)字兩種接口，模擬輸入部分：輸入通道數(shù)：單端32路，雙端16路；輸入信號范圍：0～10V，-5V～+5V；輸入精度：12Bit；最大采樣頻率：75KHz。數(shù)字部分：電平方式為TTL，輸入、輸出通道數(shù)均為16路。

　　SBC+DSP系統(tǒng)優(yōu)點

　　DSP采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù)，由于其高速的數(shù)據(jù)處理能力被廣泛地應(yīng)用于圖像處理領(lǐng)域，但是單獨的DSP系統(tǒng)不能夠提供友好的人機交互界面。嵌入式單板電腦雖然具有豐富的外部擴展接口和友好的人機界面，但其系統(tǒng)資源有限，不適合進行大量的數(shù)據(jù)處理操作。為了使系統(tǒng)滿足這兩方面的功能，本系統(tǒng)將兩者結(jié)合起來，現(xiàn)實優(yōu)勢互補。主要特點如下：

　　1）整個系統(tǒng)采用了分布式的控制原理，將各個功能模塊單獨“隔離”，使每個模塊都能夠單獨工作，但同時又能夠完成集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的目的。這種控制方式大大改善系統(tǒng)的可靠性。

　　2）從圖1可以看出，DSP子系統(tǒng)可以作為一個獨立的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這個高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)本身具有數(shù)據(jù)處理、可編程開發(fā)的特點。DSP系統(tǒng)主要是完成圖像數(shù)據(jù)的采集，并進行濾波、信息提取和識別等算法處理，然后將獲取的有用數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的接口傳遞給主系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式充分利用DSP系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)處理功能和SBC嵌入式操作系統(tǒng)的管理、操作以及遠程通信功能。

　　3）其將通用操作系統(tǒng)與實時操作系統(tǒng)的特點相結(jié)合，嵌入式計算機系統(tǒng)與專用信號處理器相結(jié)合。軟硬件相輔相成集中統(tǒng)一地完成設(shè)備控制與信號處理，使整個系統(tǒng)的性能與可靠性得到進一步提高。

　　4）SBC系統(tǒng)安裝windowsXPE嵌入式系統(tǒng)，它是windowsXPprofession的組件化版本，其界面于普通的XP系統(tǒng)沒有差別，使其更適合大多數(shù)windows用戶的習(xí)慣。

　　5）用戶應(yīng)用程序的開發(fā)可以在普通的PC機上用相應(yīng)的軟件進行，完成后將其移植到目標(biāo)系統(tǒng)即可。

　　6）由于采用了低功耗的設(shè)備，與傳統(tǒng)的PC機+DSP系統(tǒng)相比較，其降低了整個系統(tǒng)的功耗、成本。

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　　工程應(yīng)用

　　進行星圖識別的整個系統(tǒng)的流程如圖2所示：

　　其中嵌入式系統(tǒng)的DSP子模塊來完成星圖的采集并對星圖作預(yù)處理工作，包括去除噪聲，圖像的分割，用于后面的星圖識別工作。處理前后的結(jié)果分別如圖2，圖3；

 

 
　　比較處理前后的兩幅圖可以看出，圖像的信噪比明顯得到了提高。試驗證明圖像數(shù)據(jù)的采集率高達25幀/s，而完成上述處理過程的時間

 

　　結(jié)論

　　本論文的創(chuàng)新點在于提出了一種將高速數(shù)據(jù)處理的數(shù)字信號處理器和具有嵌入式內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)有機結(jié)合起來，設(shè)計出一種嵌入式系統(tǒng)平臺。使系統(tǒng)不僅具有嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點和技術(shù)特性，而且還具有DSP高速數(shù)字信號處理的能力，為實現(xiàn)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)量和實時性處理提供了有力的支持，且其較傳統(tǒng)PC機+DSP控制系統(tǒng)在可靠性、體積、功耗、性價比等方面都具有明顯的優(yōu)勢。