Neuron多處理器芯片及其應(yīng)用

Neuron多處理器芯片及其應(yīng)用

摘要：Neuron芯片是美國(guó)Mitorola公司和日本Toshiba公司制造的一種多處理器結(jié)構(gòu)的神經(jīng)元芯片。它將通信協(xié)議和控制用微處理器有效地集成在一起，實(shí)現(xiàn)通信、控制、調(diào)度和I/O等功能。本文以MC134150為例，介紹有關(guān)Neuron芯片的基本結(jié)構(gòu)和組成、LonTalk協(xié)議以及應(yīng)用系統(tǒng)的組成方式等。

一、Neuron芯片的基本組成

Neuron芯片作為一種多處理器結(jié)構(gòu)的神經(jīng)元芯片，有著完整的系統(tǒng)資源，如圖1所示，其內(nèi)部集成有三個(gè)管線CPU，最高工作頻率可達(dá)10MHz。它設(shè)置有11編程輸入、輸出引腳（IO1～I(xiàn)O10），編程方法多達(dá)34種，方便了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。片內(nèi)設(shè)有EEPROM和RAM，支持有外部擴(kuò)展多種存儲(chǔ)器的接口，最大存儲(chǔ)空間允許有64KB。內(nèi)部含有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，能夠由固件產(chǎn)生15個(gè)軟件定時(shí)器。Neuron芯片的長(zhǎng)處還在于它的網(wǎng)絡(luò)通信功能，引出的五個(gè)通信引腳（CP0～CP4）提供了單端、差分和特殊應(yīng)用模式等三種網(wǎng)絡(luò)通信方式。

1.處理器單元

Neuron芯片集成有三個(gè)處理器，其中一個(gè)用于執(zhí)行用戶編寫的應(yīng)用程序，另外兩個(gè)完成網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。圖2示意了Neuron芯片內(nèi)三個(gè)處理器的功能分配及與內(nèi)部共享存儲(chǔ)器區(qū)域之間的關(guān)系。

（1）MAC處理器是媒體訪問(wèn)控制層處理器。它處理OSI七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的1，2層，主要包括驅(qū)動(dòng)通信子系統(tǒng)硬件以及執(zhí)行沖突回避算法等。MAC處理器使用位于共享存儲(chǔ)器中的網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)與網(wǎng)絡(luò)處理器進(jìn)行通信。

（2）網(wǎng)絡(luò)處理器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的3～6層。它實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變量處理、尋址、事務(wù)處理、文電鑒別、軟件定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)管理和路由等功能。網(wǎng)絡(luò)處理器通過(guò)共享存儲(chǔ)器中的網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)與MAC處理器通信，并采用應(yīng)用緩沖區(qū)與應(yīng)用處理器進(jìn)行通信。應(yīng)用緩沖區(qū)也是設(shè)置在共享存儲(chǔ)器中的。對(duì)緩沖區(qū)的訪問(wèn)都用硬件信號(hào)燈來(lái)協(xié)調(diào)，以便在更新共享數(shù)據(jù)時(shí)消除競(jìng)爭(zhēng)。

（3）應(yīng)用處理器一方面執(zhí)行用戶編寫的應(yīng)用程序代碼，另一方面執(zhí)行由用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。大多數(shù)應(yīng)用程序均可采用Neuron C語(yǔ)言來(lái)編制，使編程工作真正從繁瑣的匯編語(yǔ)言中解脫出來(lái)。

2.存儲(chǔ)器分配

MC143150的外擴(kuò)存儲(chǔ)器接口總線中，有8位雙向數(shù)據(jù)總線、16位處理器驅(qū)動(dòng)的地址總線以及用于外部存儲(chǔ)器存取訪問(wèn)的兩個(gè)接口信號(hào)線R/W和E。總的地址空間為64KB，其中有6KB的地址空間保留在芯片內(nèi)，剩余的58KB的地址空間供外擴(kuò)存儲(chǔ)器使用。在外擴(kuò)存儲(chǔ)器中，通常用16KB存放固件，其余的42KB用于存放用戶程序和數(shù)據(jù)信息。

3.應(yīng)用I/O口

具有11個(gè)引腳的I/O接口提供有34種編程方式，另外，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可用于頻率和定時(shí)I/O。由固件產(chǎn)生的15種軟件定時(shí)器并不占用應(yīng)用處理器的運(yùn)算時(shí)間，而由完成網(wǎng)絡(luò)功能的處理器實(shí)現(xiàn)。因此，用戶可直接使用軟件定時(shí)器，不必考慮其具體操作。

Neuron芯片提供的11個(gè)I/O引腳（IO0～I(xiàn)O10）可通過(guò)編程設(shè)定為34種不同的I/O對(duì)象，支持電平、脈沖、頻率、編碼等各種信號(hào)模式，有直接I/O對(duì)象、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器I/O對(duì)象、串行I/O對(duì)象、并行I/O對(duì)象等供用戶選擇。它們與集成的硬件和固件一起可用于連接馬達(dá)、閥門、顯示驅(qū)動(dòng)器、A/D轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器、熱敏電阻、開(kāi)關(guān)量、繼電器、可控硅、轉(zhuǎn)速計(jì)、其他處理器和調(diào)制解調(diào)器等，方便了實(shí)際應(yīng)用。表1列舉了所有I/O對(duì)象的基本類型。

表1 I/O對(duì)象類型參照表

I/O對(duì)象類型注 釋Bit input/output位輸入/輸出Bitshift input/output位稱輸入/輸出Byte input/output字節(jié)輸入/輸出Dualslope input雙積分輸入Edgedivide output脈沖沿分離輸出Edgelog input邊沿跳變時(shí)間間隔序列輸入Frequency output頻率輸出I2C input/outputI2C輸入/輸出Infrared input遠(yuǎn)紅外輸入Leveldetect input電平監(jiān)測(cè)輸入Magcard input磁卡編碼輸入Magtrackl input經(jīng)錄入1輸入Muxbus input/output多總線輸入/輸出Neurowire input/output神經(jīng)元接口輸入/輸出Nibble input/output半字節(jié)輸入/輸出Oneshot output單穩(wěn)輸出Ontime input邏輯電持續(xù)時(shí)間輸入Parallel input/output并行輸入/輸出Preiod input周期輸入Pulsecount input脈沖計(jì)數(shù)輸入Pulsecount output脈沖計(jì)數(shù)輸出Pulsewidth output脈寬輸出Quadrature input位置碼盤輸入Serial input/output串行輸入/輸出Totalcount input累加計(jì)數(shù)輸入Touch input/output觸點(diǎn)輸入/輸出Triac output觸發(fā)輸出Triggeredcount output計(jì)數(shù)觸發(fā)輸出

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