球形機器人控制系統(tǒng)的整體架構

　　筆者所在科研團隊新近研制了一種新型球形機器人，該機器人能自動掃描和跟蹤目標，并可根據(jù)圖像傳感器采集到的數(shù)據(jù)自主對目標進行識別和判斷，屬于典型的機器視覺和運動控制相互協(xié)調、并行工作的系統(tǒng)。在搭建該球形機器人控制系統(tǒng)時，筆者采用了DSP C6000+C2000的雙核架構。其中，C6000芯片主要用來對采集的現(xiàn)場圖像信息進行分析和處理，完成目標識別和判斷，并輸出處理結果;C2000芯片主要用來接收C6000芯片的處理結果，并完成相應的任務管理，如視覺系統(tǒng)云臺的掃描運動、防御功能的實現(xiàn)等等。該機器人控制系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示。

　　在C6000芯片的選型上，選擇了TMS320DM6437(以下簡稱DM6437)芯片，它是目前TI公司的TMS320C6000系列中性能較好的定點DSP之一。在C2000芯片的選擇上，選擇了TMS320F28015(以下簡稱F28015)芯片，它是TI公司推出的低成本，低功耗，基于TMS320C28x內核的定點控制器芯片。

　　DSP C6000+C2000的組合架構形式，既解決了C6000控制能力稍顯不足的問題，又克服了C2000圖像處理功能薄弱的缺點，可以最大程度地滿足球形機器人控制系統(tǒng)在綜合性能上的需求。但是，引入了強大的雙DSP系統(tǒng)后，隨之而來的便是兩者之間的通信問題，若處理不好，反而會適得其反。因此，雙DSP芯片間的通信接口的設計是保證整體機器人控制系統(tǒng)能完成高效協(xié)調工作的關鍵所在。

　　球形機器人控制系統(tǒng)雙處理器通信接口方案的選擇

　　筆者在研究過程中曾仔細分析過雙DSP架構的硬件結構，發(fā)現(xiàn)C6000與C2000硬連接的接口方式可以多種多樣，如串口(UART)連接、USB連接、以太網(Ethernet)連接、HPI并行連接、I²C總線連接等。這些方式各有優(yōu)缺點和各自的適應場合，須考慮自身功能和外部環(huán)境的需求來合理選擇。表1給出了上述幾種信號傳輸接口的各自性能比較。

　　從表1中可以看出，I²C為片內總線接口，其接口連接簡單可靠，非常適合于短距離高效通信。注意到DM6437和F28015片上都擁有I²C模塊，且將雙DSP做在同一塊PCB板上可以大大減小控制板卡的尺寸，降低電磁干擾，提高整個系統(tǒng)的可靠性。采用這樣的硬件設計思路后，片內總線就應該成為首選的通信方式了。而I²C通信是一種很簡捷高效的片內總線，其不占用芯片額外資源，除了通信可靠性高外，該接口的硬件設計難度也較小，因此，新型球形機器人控制系統(tǒng)最終確定I²C接口為雙DSP的通信接口方式。

　　球形機器人控制系統(tǒng)的接口設計

　　I²C總線介紹

　　I²C總線(Inter IC Bus)是一種用于IC器件之間連接的二進制總線。它通過SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCI(并行時鐘線)兩根線，在連到總線上的器件之間傳送數(shù)據(jù)。它根據(jù)地址識別每個支持I²C接口的器件。