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其他型號

CY7C53120神經(jīng)元芯片及其應(yīng)用

　　摘要：由Ｃｙｐｒｅｓｓ公司和Ｔｏｓｈｉｂａ公司制造的神經(jīng)元芯片ＣＹ７Ｃ５３１２０是組成ＬｏｎＷｏｒｋｓ控制網(wǎng)絡(luò)的核心。其芯片內(nèi)集成了介質(zhì)訪問控制、網(wǎng)絡(luò)管理、控制應(yīng)用等三個處理器，且內(nèi)嵌ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議，并在ＲＯＭ固件映像中包含先編好的Ｉ／Ｏ驅(qū)動程序和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。文中介紹了ＣＹ７Ｃ５３１２０的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、特點及具體應(yīng)用。

　　１　概述

　�。茫伲罚茫担常保玻吧窠�(jīng)元芯片內(nèi)集成了三個處理器，這是ＬｏｎＷｏｒｋｓ控制網(wǎng)絡(luò)的核心單元，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的介質(zhì)訪問控制、網(wǎng)絡(luò)管理、控制應(yīng)用均由它完成。ＣＹ７Ｃ５３１２０的工作電壓為５Ｖ，時鐘頻率為１０ＭＨｚ（ＣＹ７Ｃ５３１２０Ｅ２）、４０ＭＨｚ（ＣＹ７Ｃ５３１２０Ｅ４）。片內(nèi)有２ｋ（ＣＹ７Ｃ５３１２０Ｅ２）、４ｋ（ＣＹ７Ｃ５３１２０Ｅ４）字節(jié)的ＥＥＰＲＯＭ和２ｋ字節(jié)的ＳＲＡＭ以及１０ｋ（ＣＹ７Ｃ５３１２０Ｅ２）、１２ｋ（ＣＹ７Ｃ５３１２０Ｅ４）字節(jié)的ＲＯＭ。其內(nèi)嵌的低壓檢測電路可用于防止電源電壓降低過程中的不正確操作和錯誤寫入。另外，ＣＹ７Ｃ５３１２０還內(nèi)嵌ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議通信協(xié)議，并在ＲＯＭ固件映像中包含預(yù)先編好的Ｉ／Ｏ驅(qū)動程序和一個完整的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。ＣＹ７Ｃ５３１２０這些特征使得它非常適合于組成現(xiàn)場監(jiān)視控制網(wǎng)絡(luò)。

　　ＣＹ７Ｃ５３１２０的主要特點：

　　●１１個可編程Ｉ／Ｏ引腳；

　　●內(nèi)嵌２個１６位的可編程定時器／計數(shù)器；

　　●具有３４種不同類型垢Ｉ／Ｏ功能，可處理大量的輸入和輸出；

　　●ＲＯＭ固件映像中包含預(yù)先編好的Ｉ／Ｏ驅(qū)動程序，大大簡化了應(yīng)用程序的編寫；

　　●２個ＣＰＵ用來處理內(nèi)嵌的通信協(xié)議。通信ＣＰＵ與應(yīng)用ＣＰＵ可并行工作；

　　●內(nèi)嵌ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議，協(xié)議支持ＩＳＯ（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）所定義的ＯＳＩ（開放系統(tǒng)互連）參考模型的全部７層服務(wù)；

　　●ＲＯＭ固件映像中包含一個完整的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可大大簡化應(yīng)用程序的編寫；

　　●內(nèi)嵌雙絞線收發(fā)器；

　　●通信模式和通信速率可支持不同類型的外部收發(fā)器；

　　●通信端口收發(fā)器模式和邏輯地址的信息都存儲在ＥＥＰＲＯＭ中；

　　●應(yīng)用程序可存儲在ＥＥＰＲＯＭ中，并可通過網(wǎng)絡(luò)下載來更新應(yīng)用；

　　●內(nèi)嵌看門狗定時器；

　　●每個芯片都有唯一的ＩＤ號。此ＩＤ號可用于網(wǎng)絡(luò)的邏輯安裝；

　　●支持睡眠工作模式，以達到節(jié)能的目的；

　　●具有高阻抗通信端口（ＣＰ０～ＣＰ３）。

　�。病。茫伲罚茫担常保玻暗慕Y(jié)構(gòu)

　�。茫伲罚茫担常保玻暗膬�(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１所示。它主要由處理器單元、應(yīng)用Ｉ／Ｏ口和通信端口三部分組成。

　�。玻�１　處理器單元

　�。茫伲罚茫担常保玻靶酒瑑�(nèi)集成有三個處理器，其中一個執(zhí)行用戶應(yīng)用程序，另兩個用于完成網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。三個處理器的功能信內(nèi)部共享存儲器區(qū)域之間關(guān)系如圖２所示。

　�。茫校眨�１是介質(zhì)訪問控制（Ｍｅｄｉａ�。粒悖悖澹螅蟆。茫铮睿簦颍铮欤�ＭＡＣ）處理器，負責(zé)處理７層ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議的第１層和第２。ＣＰＵ－１的處理功能包括驅(qū)動通信子系統(tǒng)硬件和執(zhí)行介質(zhì)訪問算法。ＣＰＵ－１和ＣＰＵ－２使用可共享存儲區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)相互通信。

　�。茫校眨�２是網(wǎng)絡(luò)處理器，用來實現(xiàn)ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議的第３～６層。ＣＰＵ－２負責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)變量、尋址、事務(wù)處理、證實、背景診斷、軟件定時器和網(wǎng)絡(luò)管理。ＣＰＵ－２使用網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)與ＣＰＵ－１通信，并使用應(yīng)用緩沖區(qū)與ＣＰＵ－３通信。這些緩沖區(qū)也位于共享存儲區(qū)中。當(dāng)更新共享數(shù)據(jù)時，對這些緩沖區(qū)的訪問是由硬件信號裝置協(xié)調(diào)的，因為這樣可以避免沖突。

　　ＣＰＵ－３是應(yīng)用處理器，用來執(zhí)行用戶編寫的代碼，并執(zhí)行應(yīng)用程序代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。使用的編程語音是Ｎｅｕｒｏｎ�。茫�Ｎｅｕｒｏｎ�。门缮�于ＡＮＳＩ　Ｃ語言，并對ＡＮＳＩ�。谜Z言進行了優(yōu)化和增強，并能使用ＬｏｎＷｏｒｋｓ分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。

　�。玻�２　應(yīng)用Ｉ／Ｏ口

　�。茫伲罚茫担常保玻熬哂校保眰�Ｉ／Ｏ引腳（ＩＯ０～ＩＯ１０），提供有３４種編程方式，并可通過編程支持不同的Ｉ／Ｏ對象，如電平、脈沖、頻率、編碼等各種信號模式，以及直接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。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(yīng)用處理器的運算時間，而由完成網(wǎng)絡(luò)功能的處理器實現(xiàn)。因此，用戶可直接使用軟件定時器，而不必考慮其具體操作。

　�。玻�３　通信端口

　　由ＣＰ０～ＣＰ４組成的通信接口可以工作在單端、差分模式或特殊模式，這些模式可直接驅(qū)動，也可外接變壓器驅(qū)動或外接４８５總線驅(qū)動。其傳輸速率的選擇范圍為０．６ｋｂｐｓ～１．２Ｍｂｐｓ。

　�。场∫�腳功能

　�。茫伲罚茫担常保玻熬哂校常材_ＳＯＩＣ和４４腳ＴＱＦＰ兩種封裝形式，圖３和圖４分別為ＳＯＩＣ封裝和４４腳ＴＱＦＰ封裝的引腳排列。各引腳的功能說明見表１所列。

　　表1 TMPN3210FE5M的引腳描述p100

SOIC-32引腳編號	TQFP-44引腳編號	引腳名稱	I/O	引  腳  功  能
15	15	CLK1	輸入	連接振蕩器或外部時鐘輸入
14	14	CLK2	輸出	連接振蕩器。當(dāng)外部時鐘信息輸入CLK1時，CLK2懸空
1	40	RESET	I/O	復(fù)位引腳。（低態(tài)有效）
8	5	SERVICE	I/O	服務(wù)引腳。工作期間指示燈輸出
7，6，5，4	4，3，2，32	IO0IO3	I/O	大電流吸收能力（20mA）。通用I/O端口。當(dāng)使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器時，IO3用作芯片與外部電阻器的連接
3，30，29，28	42，36，35，32	IO4IO7	I/O	通用I/O端口�？芍贫↖O4IO7中的一個引腳為定時器/計數(shù)器1的輸入。輸出信號能傳達到IO0。IO4可用做定時器/計數(shù)器2的腳，此時IO1作為輸出引腳。當(dāng)使用16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器時，IO4IO6當(dāng)中一個引腳可用作模擬輸入，IO7必須通過適當(dāng)?shù)耐獠侩娮杵鬟B接到適當(dāng)?shù)耐獠侩娙萜骱虸O3
27，26，24	31，30，27	IO8IO 10	I/O	通用I/O端口，可與其它器件串行通信
2，11，12，18，25，32	9，10，19，29，38，41	VDD	I/O	電源輸入（典型值5.0V）
9，10，13，16，23，31	7，13，16，26，37	VSS	輸入	電源輸入（0V接地）
10	8	VPP	輸入	內(nèi)部電路測試模式控制
19，20，17，21，22	20，21，18，24，25	CP0CP4	I/O	雙向測信端口。通過指定模式支持一些通訊協(xié)議
	1，6，11，12，17，22，23，28，33，34，39，44			NC

　�。础�應(yīng)用系統(tǒng)

　　圖５所示是基于Ｎｅｕｒｏｎ芯片的應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)由Ｎｅｕｒｏｎ芯片、收發(fā)器和應(yīng)用電路等部分構(gòu)成。

　　其中Ｎｅｕｒｏｎ芯片主要用于實現(xiàn)ＬｏｎＴａｌｋ?yún)f(xié)議服務(wù)，并執(zhí)行節(jié)點中的應(yīng)用程序。而收發(fā)器其實是連接Ｎｅｕｒｏｎ芯片和通信介質(zhì)之間的接口，可用來支持雙絞線、電力線、無線射頻、光纖及紅外等多種介質(zhì)的通信。應(yīng)用電路是連接Ｎｅｕｒｏｎ芯片的Ｉ／Ｏ引腳到諸如傳感器、執(zhí)行器、鍵盤、顯示器等Ｉ／Ｏ設(shè)備所需的電路�？梢园凑詹煌�的應(yīng)用要求來配置Ｉ／Ｏ對象和編制Ｎｅｕｒｏｎ　Ｃ應(yīng)用程序，以控制該應(yīng)用系統(tǒng)的工作，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。

　　從圖５所示的應(yīng)用系統(tǒng)可知：Ｎｅｕｒｏｎ芯片的Ｉ／Ｏ可通過應(yīng)用電路輸入或輸出數(shù)據(jù)與外界接口。借助于Ｎｅｕｒｏｎ芯片固件中的ＬｏｎＴａｌｋ支持協(xié)議，Ｎｅｕｒｏｎ芯片可通過收發(fā)器實現(xiàn)與網(wǎng)上其它應(yīng)用系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)通信。Ｎｅｕｒｏｎ芯片的強大功能和靈活結(jié)構(gòu)，使其可以非常方便地組建分布式應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

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