问题 问答题 案例分析题

阅读以下有关嵌入式系统设计的说明,在答题纸上回答问题1至问题3。

说明:

某公司承接了某机载嵌入式系统的研制任务。该机载嵌入式系统由数据处理模块、大容量模块、信号处理模块、数据交换模块和电源模块等组成。数据处理模块有2个,分别完成数据融合和导航通讯任务;大容量模块主要功能是存储系统数据,同时要记录信号处理模块、数据处理模块的自检测、维护数据,向数据处理模块提供地图数据;信号处理模块的处理器为专用的DSP,接收红外、雷达等前端传感器数据并进行处理,将处理后的有效数据(数据带宽较大)发送给数据处理模块;数据交换模块主要负责系统的数据交换:电源模块主要负责给其他模块供电,电源模块上没有软件。

要求该机载嵌入式系统符合综合化、模块化的设计思想,并考虑系统在生命周期中的可靠性和安全性,以及硬件的可扩展性和软件可升级性,还要求系统通讯延迟小,支持多模块上的应用任务同步。

在设计系统架构时,李工提出了如图3-1所示的系统架构,即模块间的网络通信采用光纤通信(Fiber Channel,FC)技术,而王工认为应采用VME总线架构,如图3-2所示。王工的理由是公司多年来基于VME总线技术设计了多个产品,技术成熟,且费用较小。但公司经过评审后,决定采用图3-1所示的基于FC的系统结构。

请用500字以内的文字,说明VME和FC各自的特点,并针对机载嵌入式系统的要求指出公司采用李工方案的理由。

答案

参考答案:

1.VME总线采用存储映射方式,多主仲裁机制,同一时刻由单一主机控制,同时仲裁机制为菊花链方式。

针对本系统要求,采用VME方案存在如下问题:

A.当多主机设备仲裁时,按菊花链的连接次序一个主机处理完成后,才能将控制权交给另一主机控制总线,导致任务执行延时大,不能满足“系统通讯延迟小”以及“支持多模块上的应用任务同步”的要求;

B.与FC相比,VME总线实时性差,带宽低;

C.VME总线方式限制了可扩展性。

2.FC采用消息包交换机制,支持广播和组播。针对本系统要求,采用FC方案有以下优点:

A.由于采用消息包交换机制,支持广播和组播,任务执行并发性好,能满足“系统通讯延迟小”以及“支持多模块上的应用任务同步”的要求;

B.与VME比较,FC实时性好,带宽高;

C.FC的误码率低,所以可靠性高;

D.允许在同一接口上传输多种不同的协议,对上层应用实现提供了便利;

E.FC采用消息机制,FC可扩展性好,如模块较多可采用多个FC网络交换模块级联;F.传输距离远,当与外部其他设备相连时,比较方便;

g)系统采用统一的FC网络代替了VME底板总线,降低总线驱动的功耗,简化了底板。

解析:

题中给出的两种方案在机载系统中都是常用方案,考生要综合考虑题干中提到的系统需求,即要求该机载嵌入式系统符合综合化、模块化的设计思想,并考虑系统在生命周期中的可靠性和安全性,以及硬件的可扩展性和软件可升级性,还要求系统通讯延迟小,支持多模块上的应用任务同步。同时,信号处理模块接收红外、雷达等前端传感器数据并进行处理,将处理后的有效数据的带宽较大,需要通过系统网络发送给数据处理模块。这就要考虑传统的VME总线的带宽能否满足要求。

VME(Versa Module Eurocard)总线是一种通用的计算机总线,VME总线采用存储映射方式,多主仲裁机制,同一时刻由单一主机控制,同时仲裁机制为菊花链方式。针对本系统要求,当多主机设备仲裁时,按菊花链的连接次序将一个主机处理完成后,才能将控制权交给另一个主机来控制总线,导致任务执行延时大,不能满足“系统通讯延迟小”以及“支持多模块上的应用任务同步”的要求;VME数据传输速率为0~500Mbps,一般实际设计的嵌入式系统大多在100Mbps以内,而FC的数据传输速率为1Gbps到10Gbps;VME总线方式也限制了可扩展性。

FC具有的特点是传输率高,允许在同一接口上传输多种不同的协议,传输距离远,采用单模光纤作为数据传输介质时,传输距离可高达10km:连接简单灵活,误码率低(BER<10)等。

由于FC采用消息包交换机制,支持广播和组播,任务执行并发性好,能满足“系统通讯延迟小”以及“支持多模块上的应用任务同步”的要求;与VME比较,FC实时性好,带宽高;允许在同一接口上传输多种不同的协议,对上层应用实现提供了便利;FC采用消息机制,扩展性好,如模块较多可采用多个FC网络交换模块级联;传输距离远,当与外部其他设备相连时,比较方便;系统采用统一的FC网络代替了VME底板总线,降低总线驱动的功耗,简化了底板。

因此,公司经过评审后,决定采用图3-1所示的基于FC的系统结构。

单项选择题
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