I2C總線通信技術在球形機器人雙DSP控制系統中的應用

　　球形機器人控制系統的整體架構

　　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，并可根據圖像傳感器采集到的數據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調、并行工作的系統。在搭建該球形機器人控制系統時，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，如視覺系統云臺的掃描運動、防御功能的實現等等。該機器人控制系統的硬件結構如圖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在綜合性能上的需求。但是，引入了強大的雙DSP系統后，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能完成高效協調工作的關鍵所在。

　　球形機器人控制系統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，發現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。這些方式各有優缺點和各自的適應場合，須考慮自身功能和外部環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(串行數據線)及SCI(并行時鐘線)兩根線，在連到總線上的器件之間傳送數據。它根據地址識別每個支持I²C接口的器件。