概述
跟着人们日子水平的进步和科学技能的开展，安全防备的问题引起了越来越多的重视。人们在接受现代文明所带来的高效率、快节奏压力的一起，都希望能具有一个安全、舒适的家庭环境。因而，越来越多的安防产品应运而生，特别是蓬勃开展的现代化社区物业办理，经过监控网络把家庭和社区值班室严密地联系起来，给人们的日子带来了极大的便利。可是，有些社区监控网络并不能彻底实行其责任，存在必定的安全隐患。首要原因是现在大多数的监控节点都是选用1个CPU完结一切的功用，包含扫描各传输器模块状况、信息处理、数据显现、报警、与上位机通讯等等。这无疑给此CPU带来了很大的压力：一旦呈现毛病，使得此单片机不能正常作业，则该监控节点将彻底瘫痪，报警信息将得不到有用的处理。别的，在一些实时性要求较高的多使命体系中，单CPU结构也将显得无能为力。那么，能否找到一种既简略又经济的处理办法，把现在服务器中较为盛行的多CPU并行处理的规划思维融入到社区监控网络中来呢？答案是必定的。跟着单片机技能的开展，单片机的价格在不断下降，其价格乃至比一些常用的接口芯片还要低，这就使多CPU的单片机体系的本钱大大下降。此外，因为选用多CPU的规划思维，将使体系在并行处理和实时收集数据方面具有显着的优势，能极大地进步体系的稳定性和可靠性。特别是对一些功用略微杂乱一点的体系，多CPU体系规划办法将更能显现出它的优越性。那么，怎么完结多CPU的单片机体系规划呢？本文将在这方面进行一些有利的探究。
一、多CPU体系的规划原理
望文生义，多CPU体系就是在1个体系中含有多个CPU。每个CPU独立地处理1个或少数的业务，然后通讯某种办法，操控数据的合理流动，以完结规划要求的体系。其典型结构如图1所示。
从图1中能够看到，多CPU体系中一个非常重要的问题，是怎么处理好各CPU之间数据的合理流动问题，以下是几种常用的办法。
1.使用双口RAM完结CPU之间的通讯
双口RAM是一种高速的并行传输芯片，是完结CPU之间通讯的一种简洁有用的办法。常用的CMOS双口RAM有IDT7132、IDT7142等类型。IDT7132和6116相似，都是CMOS静态RAM，存储容量均为2KB。不同点在于IDT7132有两套I/O口，并有一套竞赛判决电路。因而，IDT7132内部的2KB存储器能够经过左右两头的任一组I/O口进行全异步的存储器读写操作，能便利地完结CPU之间的数据交换。选用双口RAM完结多CPU体系的示意图如图2所示。
使用这种办法能够完结数据的高速传输。CPU对IDT7132的读写时刻小于120ns，一般为几十ns。当作业电源为+5V时，其读写的最大功耗为325mW，而在保持作业时最大功耗仅为5mW。别的，因为双口RAM是一种通用芯片，因而，它在挑选与CPU接口时具有较大的灵敏性。不过这种办法也会增加电路规划的难度和本钱。
2.使用同享内存的办法完结CPU之间的通讯
这种办法与前面的办法相似。所不同的是，前一种办法是使用双口RAM的一套竞赛判决电路完结对RAM的拜访，而这里是使用不同的时序完结同享内存的。LON网络中的Neuron节点芯片规划都是选用这种办法的，其典型结构如图3所示。
在Neuron芯片中，每个CPU最小周期等于3个体系周期；每个体系时钟周期等于2个输入钟周期；3个CPU的最小周期别离距离1个体系钟周期。这样，每个CPU在1个指令周期内部能拜访存储区和ALU一次。体系对3个CPU选用了管道技能，在不影响功用的情况下下降硬件的需求。3个CPU可并行作业，不会形成耗时中止和上下文切换。
使用这种办法也能够完结CPU之间数据的高速传输，可是，它有必要制成专用芯片，把CPU和RAM等元件封装在一起。因而，这种办法比较适合于特定的工业场合。
3.使用总线的办法完结CPU之间的通讯
跟着总线技能的开展，使得多主多从的单片机体系规划变得越来越简略。规划者只须经过接口芯片就能够将CPU挂到总线上去，完结CPU之间的通讯，其典型的结构如图4所示。
这种办法具有结构简略、规划灵敏、经济实惠的特色。在体系数据量不大，速度要求不是很高的情况下，应该是一种很好的挑选办法。值得一提的是，在这种办法中，I2C总线以其结构简略、规划灵敏、易于扩展和开发周期短的特色，越来越遭到规划者的喜爱。特别现在许多单片机都带有I2C接口，不必接口芯片就中以把CPU直接挂到总线上，使得电路规划愈加简略、经济。本文的多CPU体系也是依据I2C总线的一种安防体系。
二、依据多CPU下的社区安防体系的规划办法
1.体系的拓扑结构
体系的拓扑图如图5所示。该体系实际上是一个3级分布式测控体系。第1级由1台装置在社会值班室的PC机组成，是整个体系的中心部分。它首要担任向各家庭数据终端（HDT）宣布各种指令，接纳回来信息，并进行数据库办理和报表计算等作业。第2级由装置在各家庭的家庭数据终端组成，相当于1个监控节点。它首要担任接纳PC机发来的指令和向PC机发送各检测模块的检测信息，并进行显现、报警、存储等信息的处理。第3级由装置在家庭各房间的各种模块组成，包含烟感、红外等报警模块，水表、电表等数字模块和家电操控的操控模块。它首要担任检测和操控各操控目标的状况。
2.家庭数据终端（HDT）的功用
家庭数据终端是装置在家庭内部的1个监控节点，首要履行以下使命：（1）接纳PC机发来的指令；（2）信息显现；（3）键盘扫描；（4）声光报警；（5）生成家庭状况字节，并向PC机发送各种状况信息；（6）报警信息贮存，即“黑匣子”功用；（7）扫描各传感器模块状况。别的，HDT还应个有可增加扩展模块的功用。这些功用当然能够用1个CPU完结，但将给CPU带来较大的作业量，下降了体系的安全性和可靠性。因而，咱们选用多CPU的思维进行体系的规划。
依据HDT的功用特色，将使命分红3个部分，别离由3个CPU来完结。各CPU之间选用I2C总线进行通讯，其结构如图6所示。CPU-1专门用于与PC机的通讯，包含：（1）接纳PC机发来的指令，并传送给其他CPU；（2）生成家庭状况字节，向PC机回来信息；（3）进行声光报警。CPU-2专门用于与第3级各模块的通讯，包含：（1）扫描各传感器模块的报警状况，并及时告诉其他CPU；（2）接纳其他CPU传送过来的指令，对有关操控目标进行操作；（3）向AT24C64中存储报警记载，包含报警类型和报警时刻，完结“黑匣子”功用。CPU-3专门用于信息显现和键盘扫描，包含：（1）接纳PCF8583的数据，显现时刻；（2）接纳CPU-2传送来的信息，显现报警类型或毛病方位；（3）扫描键盘，并向其他CPU发送指令，完结设防、撤防、修正暗码等操作功用。在3个CPU之间，选用I2C总线进行衔接；CPU选用Philips公司出产的P87LPC76X芯片。P87LPC76X芯片是一种20脚封装的单片机，适合于许多要求高集成、低本钱的场合，具有较高的功用价格比，是Philips小型封装系列中的一员。它在供给许多新特征的一起，供给了I2C总线的通讯接口。别的，它还供给了3个寄存器和中止操控位以完结对I2C总线的操作，因而，能够很简略地使用它的I2C接口完结多CPU的规划思维。
结束语
跟着单片机技能的迅速开展，封装小、功用强、价格低的单片机越来越多地被开宣布来。单片机所履行的功用也会越来越专注，越来越简略。这将为多CPU体系的规划供给一个坚实的根底，也必然会进步体系的安全性和可靠性。
