Neuron多處理器芯片及其應用

摘要：Neuron芯片是美國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)部集成有三個管線CPU，最高工作頻率可達10MHz。它設置有11編程輸入、輸出引腳（IO1～IO10），編程方法多達34種，方便了實現(xiàn)應用。片內(nèi)設有EEPROM和RAM，支持有外部擴展多種存儲器的接口，最大存儲空間允許有64KB。內(nèi)部含有兩個16位定時器/計數(shù)器，能夠由固件產(chǎn)生15個軟件定時器。Neuron芯片的長處還在于它的網(wǎng)絡通信功能，引出的五個通信引腳（CP0～CP4）提供了單端、差分和特殊應用模式等三種網(wǎng)絡通信方式。

1.處理器單元

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

（1）MAC處理器是媒體訪問控制層處理器。它處理OSI七層網(wǎng)絡協(xié)議中的1，2層，主要包括驅(qū)動通信子系統(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器中的網(wǎng)絡緩沖區(qū)與網(wǎng)絡處理器進行通信。

（2）網(wǎng)絡處理器實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)議中的3～6層。它實現(xiàn)網(wǎng)絡變量處理、尋址、事務處理、文電鑒別、軟件定時器、網(wǎng)絡管理和路由等功能。網(wǎng)絡處理器通過共享存儲器中的網(wǎng)絡緩沖區(qū)與MAC處理器通信，并采用應用緩沖區(qū)與應用處理器進行通信。應用緩沖區(qū)也是設置在共享存儲器中的。對緩沖區(qū)的訪問都用硬件信號燈來協(xié)調(diào)，以便在更新共享數(shù)據(jù)時消除競爭。

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

2.存儲器分配

MC143150的外擴存儲器接口總線中，有8位雙向數(shù)據(jù)總線、16位處理器驅(qū)動的地址總線以及用于外部存儲器存取訪問的兩個接口信號線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的地址空間供外擴存儲器使用。在外擴存儲器中，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.應用I/O口

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

Neuron芯片提供的11個I/O引腳（IO0～IO10）可通過編程設定為34種不同的I/O對象，支持電平、脈沖、頻率、編碼等各種信號模式，有直接I/O對象、定時器/計數(shù)器I/O對象、串行I/O對象、并行I/O對象等供用戶選擇。它們與集成的硬件和固件一起可用于連接馬達、閥門、顯示驅(qū)動器、A/D轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器、熱敏電阻、開關(guān)量、繼電器、可控硅、轉(zhuǎn)速計、其他處理器和調(diào)制解調(diào)器等，方便了實際應用。表1列舉了所有I/O對象的基本類型。

表1 I/O對象類型參照表

I/O對象類型注 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邊沿跳變時間間隔序列輸入Frequency output頻率輸出I2C input/outputI2C輸入/輸出Infrared input遠紅外輸入Leveldetect input電平監(jiān)測輸入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)時間輸入Parallel input/output并行輸入/輸出Preiod input周期輸入Pulsecount input脈沖計數(shù)輸入Pulsecount output脈沖計數(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累加計數(shù)輸入Touch input/output觸點輸入/輸出Triac output觸發(fā)輸出Triggeredcount output計數(shù)觸發(fā)輸出

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