I2C總線通信技術(shù)在球形機(jī)器人雙DSP控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　當(dāng)前，機(jī)器視覺技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)正日益成為新一代智能機(jī)器人系統(tǒng)的熱門技術(shù)，在反恐防爆與抗險(xiǎn)救災(zāi)、星際探測、地質(zhì)勘察等領(lǐng)域，機(jī)器視覺技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)都已得到大量應(yīng)用。然而，在很多情況下，這兩種技術(shù)的無縫聯(lián)結(jié)和有機(jī)融合卻并不理想，以至直接影響到它們的使用效果。筆者通過研究和探索發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建得合理與否是影響上述技術(shù)協(xié)調(diào)工作的重要原因之一。

　　對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)器人控制系統(tǒng)來說，選用單一的核心芯片將難以讓其在機(jī)器視覺和運(yùn)動(dòng)控制兩方面都具有優(yōu)良的表現(xiàn)，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人綜合效能得不到充分發(fā)揮。眾多的集成芯片生產(chǎn)廠家意識(shí)到圖像處理和運(yùn)動(dòng)控制將會(huì)是未來半導(dǎo)體芯片的兩大重要應(yīng)用領(lǐng)域，都紛紛推出了基于上述兩種應(yīng)用的芯片。

　　筆者經(jīng)過系統(tǒng)研究認(rèn)識(shí)到，利用TI公司的C6000+C2000系列芯片搭建的機(jī)器人控制系統(tǒng)架構(gòu)方案可在機(jī)器視覺和運(yùn)動(dòng)控制之間找到了一個(gè)很好的結(jié)合點(diǎn)和平衡點(diǎn)，能較好地起到功能互補(bǔ)的效果。但應(yīng)當(dāng)看到，C6000和C2000雖同屬TI公司的產(chǎn)品線，而兩者的體系架構(gòu)是不同的，在選擇雙DSP建立系統(tǒng)時(shí)，如何處理它們之間的信號(hào)交互和協(xié)調(diào)工作是必須解決的首要問題。新型雙DSP架構(gòu)的信息交互機(jī)制的研究無論在學(xué)術(shù)上，還是在應(yīng)用上都具有重大意義。

　　球形機(jī)器人控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)

　　筆者所在科研團(tuán)隊(duì)新近研制了一種新型球形機(jī)器人，該機(jī)器人能自動(dòng)掃描和跟蹤目標(biāo)，并可根據(jù)圖像傳感器采集到的數(shù)據(jù)自主對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和判斷，屬于典型的機(jī)器視覺和運(yùn)動(dòng)控制相互協(xié)調(diào)、并行工作的系統(tǒng)。在搭建該球形機(jī)器人控制系統(tǒng)時(shí)，筆者采用了DSP C6000+C2000的雙核架構(gòu)。其中，C6000芯片主要用來對(duì)采集的現(xiàn)場圖像信息進(jìn)行分析和處理，完成目標(biāo)識(shí)別和判斷，并輸出處理結(jié)果;C2000芯片主要用來接收C6000芯片的處理結(jié)果，并完成相應(yīng)的任務(wù)管理，如視覺系統(tǒng)云臺(tái)的掃描運(yùn)動(dòng)、防御功能的實(shí)現(xiàn)等等。該機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(nèi)核的定點(diǎn)控制器芯片。

　　DSP C6000+C2000的組合架構(gòu)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(diǎn)，可以最大程度地滿足球形機(jī)器人控制系統(tǒng)在綜合性能上的需求。但是，引入了強(qiáng)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(huì)適得其反。因此，雙DSP芯片間的通信接口的設(shè)計(jì)是保證整體機(jī)器人控制系統(tǒng)能完成高效協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵所在。