CN102184157B - 一种基于双处理器协作的信息显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双处理器协作的信息显示装置，该装置由两个显示子系统、协作单元和共享存储单元组成，两个显示子系统分别通过各自的通信总线与协作单元相连、通过各自的地址/数据总线与共享存储单元相连，协作单元通过控制总线连接共享存储单元。协作单元负责两个显示子系统的协同工作、数据交换和资源共享。协作单元与两个显示子系统的处理器之间使用协议进行通信，通信协议定义了协作单元与处理器间传递的信息类型和数据格式。协作单元负责整个系统中分布式处理任务的具体管理，包括分布式任务所涉及各进程的激活、调度和跟踪，各进程之间的通信和同步。共享存储单元存放两个显示子系统均需使用的各种信息和数据，在协作单元的控制下，子系统通过各自的地址/数据总线对共享存储单元中的RAM进行有序访问。本发明能够有效地提高双处理器系统的运行性能，改善系统中并发进程的执行效率，避免共享资源的访问冲突，提高复杂任务的处理速度。

Description

一种基于双处理器协作的信息显示装置

技术领域

本发明属于嵌入式计算机技术领域，具体涉及用于图文信息显示的采用双处理器的计算机系统的设计。

背景技术

在许多图文信息显示装置（尤其是大型高速图形显示系统）中，由于要进行大量数据的处理和传输，使得基于单处理器的系统在硬件和软件设计上遇到较大困难，双处理器架构便成为首选。在基于双处理器的显示系统中，由于复杂的显示任务往往由两个处理器共同完成（例如，一个处理器负责图形变换，另一个处理器负责显示扫描），处理器之间如何进行协同工作就成为系统设计的难点。协同工作涉及任务的分解、进程的通信和同步、资源的共享和访问等等问题，如果这些问题解决得不好，将会构成系统性能的瓶颈，系统在处理复杂任务时很难取得理想的速度和效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双处理器协同工作方式的图文信息显示装置，该装置能有效地克服双处理器系统的性能瓶颈，提高复杂任务的处理速度和执行效率。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于双处理器协作的信息显示装置，特点是该装置包括显示子系统A、显示子系统B、协作单元和共享存储单元，显示子系统A与显示子系统B分别通过各自的通信总线与协作单元连接、通过各自的地址/数据总线与共享存储单元连接；协作单元通过控制总线连接共享存储单元；所述显示子系统A包括处理器A、RAM-A、Flash ROM-A、显示器A、输入/输出 (I/O) 接口和网络接口，处理器A分别与RAM-A、Flash ROM-A、显示器A、输入/输出 (I/O)接口和网络接口连接；所述显示子系统B包括处理器B、RAM-B、Flash ROM-B和显示器B，处理器B分别与RAM-B、Flash ROM-B和显示器B连接。

所述协作单元由报文解析器A、报文解析器B、报文发送器A、报文发送器B、同步器和调度器组成，报文解析器A和报文发送器A与显示子系统A相连，报文解析器B和报文发送器B与显示子系统B相连，同步器和调度器分别与报文解析器A、报文解析器B、报文发送器A和报文发送器B相连，调度器通过控制总线连接共享存储单元。

所述共享存储单元由RAM和RAM控制器组成，二者相互连接，而RAM控制器分别通过地址/数据总线A和B连接两显示子系统A和B，同时又通过控制总线与协作单元相连。

本发明主要由两个显示子系统 (A和B)、协作单元和共享存储单元组成，两个子系统分别通过各自的通信总线与协作单元相连、通过各自的地址/数据总线与共享存储单元相连接，协作单元通过控制总线连接共享存储单元；两个显示子系统都是典型的嵌入式计算机，其处理器中运行着操作系统和应用程序；协作单元负责两个显示子系统的协同工作、数据交换和资源共享，协作单元可以是软件模块、或者是具有相同功能的芯片或硬件模块、或者是带固件的硬件模块；协作单元与显示子系统中的处理器之间使用专门的协议进行通信，通信协议定义了协作单元与处理器间传递的信息类型和数据格式；共享存储单元存放两个显示子系统均需使用的各种信息和数据，在协作单元的控制下，子系统A和B通过各自的地址/数据总线对共享存储单元有序地进行数据存取。

协作单元由报文解析器A、报文解析器B、报文发送器A、报文发送器B、同步器和调度器组成，报文解析器A和报文发送器A与子系统A相连，报文解析器B和报文发送器B与子系统B相连，同步器和调度器分别与报文解析器A、报文解析器B、报文发送器A和报文发送器B相连接，调度器又通过控制总线连接到共享存储单元上。协作单元通过对接收到的通信报文（来自显示子系统A或B）进行解析，判断两个子系统所处的当前状态，并通过发送包含特定控制命令的通信报文，对两个子系统的运行状态进行控制。协作单元中的同步器负责整个系统中分布式处理任务的具体管理，包括分布式任务所涉及各进程的激活、调度和跟踪，各进程之间的通信和同步。协作单元中的调度器负责管理系统中各进程对共享资源的访问：各进程对资源的访问请求在协作单元中进行排序，调度器对这些请求进行仲裁和调度，然后产生特定的控制信号，供共享存储单元使用。

共享存储单元由RAM和RAM控制器组成，二者通过内部的地址/数据总线相连，而RAM控制器分别通过地址/数据总线A和B连到两个显示子系统上，同时又通过控制总线与同步单元相连。RAM控制器根据协作单元产生的控制信号来决定向某个子系统开放读/写总线，该子系统中的某个进程就能通过地址/数据总线对共享存储单元中RAM的数据和信息进行存取。

本发明通过在两个显示子系统之间设置一个称之为协作单元的独立功能模块以及一个独立的共享存储单元，能够有效地提高双机系统的运行性能，改善系统中并发进程的执行效率，避免共享资源的访问冲突，提高复杂任务的处理速度。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为显示子系统A的组成结构示意图；

图3为显示子系统B的组成结构示意图；

图4为协作单元的内部组成结构示意图；

图5为两个处理器与协作单元之间的通信报文格式示意图；

图6为共享存储单元的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明的具体实施方法做详细说明。

参阅图1，本发明主要由显示子系统A和B、协作单元和共享存储器组成，两个子系统分别通过通信总线A和B与协作单元相连，共享存储器也通过地址/数据总线连接到两个显示子系统上，协作单元与共享存储器之间通过控制总线相连。

显示子系统A包括处理器A、RAM A、Flash ROM A、显示器A、输入/输出 (I/O)接口和网络接口，如图2所示。处理器A是核心组件，其他组件都通过各自的总线与处理器A相连。显示子系统B包括处理器B、RAM B、Flash ROM B和显示器B，如图3所示。同样，处理器B也是子系统B的核心组件，通过总线连接子系统中的其他组件。处理器A和B可以是同质的，也可以是异质的。

显示子系统A承担整个显示装置的系统管理、参数配置、网络通信和人机交互等任务，而显示子系统B专门负责显示数据的处理、转换和显示扫描。当整个显示系统的处理任务很重（例如系统以较高的速度显示图形或视频图像）或者子系统A比较空闲时，子系统A也可以承担一些图像处理和图形变换的计算任务。

两个显示子系统是并行工作的，二者为了协同工作，需要传递命令、同步状态以及交换数据。两个子系统的处理器之间并不直接进行通信和互操作，而是通过各自的通信总线与协作单元相连，协作单元承担了协同两个处理器并行工作的任务。

协作单元的内部组成结构如图4所示。

两个处理器与协作单元之间的通信采用专门设计的协议，协议从下往上由物理层、链路层、传输层和应用层组成。传输层以数据包（又称报文）为单位，包括包发送和包解析两部分功能。数据包格式如图5所示，各字段定义如下：

SOP (Start of Packet): 报文起始字节，约定为0x49.

报文类型：报文传输的数据类型。

进程ID: 发送报文的进程编号。

长度：报文数据的长度（以字节为单位）。

数据域：报文的数据块。

CRC: 循环冗余校验。

EOP (End of Packet): 报文结束字节，约定为0xc5.

通信总线中传输的报文有三大类型：数据、命令和状态，具体类型取决于报文内容，例如：

如果系统中有一项待运行的任务需要两个处理器协同工作时，负责系统管理的处理器A向协作单元发送一个命令报文（类型为0x01~0x0f），目的是即请求协作单元发起某项协作任务。协作单元先对该报文进行解析，再查找表格（协作单元记录了每个系统协作任务所涉及的所有进程），然后向两个处理器发送命令报文，通知处理器激活有关进程。

当一个系统协作任务中所有的进程被激活之后，协作单元中的同步器负责对这些进程进行同步：首先统一各进程的逻辑时钟；各进程如果发生了影响其他进程的事件，便通知协作单元，协作单元的同步器将该进程的事件信息记录下来，并打上时间戳，然后告知任务中其他所有的相关进程；别的进程在收到包含事件信息的报文后，首先判断该事件是否在等待列表中，如果在，就将该事件从等待列表中删除，否则就不理会；每个进程维护一个相关事件等待列表，只有当列表中所有的相关事件全部发生了（即列表的内容为空），该进程才能继续执行。

如果系统中有多个进程意欲同时访问公共资源（主要是共享存储单元），协作单元中的调度器便开始工作，依据有关算法（例如Round-Robin算法）对来自不同进程的请求进行仲裁、对公共资源进行调度。然后协作单元中的调度器将仲裁结果做为控制信息传送给共享存储单元（其内部结构如图6所示），后者内部的RAM控制器依据该控制信息在地址/数据总线A和B之间进行选通，这样某个子系统就可以通过相应的地址/数据总线访问共享存储单元中的RAM，对其中的数据进行存取。

Claims (2)

1.一种基于双处理器协作的信息显示装置，其特征在于：该装置包括显示子系统A、显示子系统B、协作单元和共享存储单元，显示子系统A与显示子系统B分别通过各自的通信总线与协作单元连接、通过各自的地址/数据总线与共享存储单元连接；协作单元通过控制总线连接共享存储单元；所述显示子系统A包括处理器A、RAM-A、Flash ROM-A、显示器A、输入/输出 (I/O)接口和网络接口，处理器A分别与RAM-A、Flash ROM-A、显示器A、输入/输出 (I/O) 接口和网络接口连接；所述显示子系统B包括处理器B、RAM-B、Flash ROM-B和显示器B，处理器B分别与RAM-B、Flash ROM-B和显示器B连接；其中：

所述协作单元由报文解析器A、报文解析器B、报文发送器A、报文发送器B、同步器和调度器组成，报文解析器A和报文发送器A与显示子系统A相连，报文解析器B和报文发送器B与显示子系统B相连，同步器和调度器分别与报文解析器A、报文解析器B、报文发送器A和报文发送器B相连，调度器通过控制总线连接共享存储单元；协作单元通过对接收到的来自显示子系统A或B的通信报文进行解析，判断两个子系统所处的当前状态，并通过发送包含控制命令的通信报文，对两个子系统的运行状态进行控制；协作单元中的同步器负责整个系统中分布式处理任务的具体管理，包括分布式任务所涉及各进程的激活、调度和跟踪，各进程之间的通信和同步；协作单元中的调度器负责管理系统中各进程对共享资源的访问：各进程对资源的访问请求在协作单元中进行排序，调度器对这些请求进行仲裁和调度，然后产生控制信号，供共享存储单元使用。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于：所述共享存储单元由RAM和RAM控制器组成，二者相互连接，而RAM控制器分别通过地址/数据总线A和B连接两显示子系统A和B，同时又通过控制总线与协作单元相连。

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