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構的神經(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)現通信、控制、調度和I/O等功能。本文以MC134150為例，介紹有關(guān)Neuron芯片的基本結構和組成、LonTalk協(xié)議以及應用系統的組成方式等。

一、Neuron芯片的基本組成

Neuron芯片作為一種多處理器結構的神經(jīng)元芯片，有著(zhù)完整的系統資源，如圖1所示，其內部集成有三個(gè)管線(xiàn)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(shí)現應用。片內設有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。內部含有兩個(gè)16位定時(shí)器/計數器，能夠由固件產(chǎn)生15個(gè)軟件定時(shí)器。Neuron芯片的長(cháng)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)用于執行用戶(hù)編寫(xiě)的應用程序，另外兩個(gè)完成網(wǎng)絡(luò )任務(wù)。圖2示意了Neuron芯片內三個(gè)處理器的功能分配及與內部共享存儲器區域之間的關(guān)系。

（1）MAC處理器是媒體訪(fǎng)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，主要包括驅動(dòng)通信子系統硬件以及執行沖突回避算法等。MAC處理器使用位于共享存儲器中的網(wǎng)絡(luò )緩沖區與網(wǎng)絡(luò )處理器進(jìn)行通信。

（2）網(wǎng)絡(luò )處理器實(shí)現網(wǎng)絡(luò )協(xié)議中的3～6層。它實(shí)現網(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)共享存儲器中的網(wǎng)絡(luò )緩沖區與MAC處理器通信，并采用應用緩沖區與應用處理器進(jìn)行通信。應用緩沖區也是設置在共享存儲器中的。對緩沖區的訪(fǎng)問(wèn)都用硬件信號燈來(lái)協(xié)調，以便在更新共享數據時(shí)消除競爭。

（3）應用處理器一方面執行用戶(hù)編寫(xiě)的應用程序代碼，另一方面執行由用戶(hù)代碼所調用的操作系統服務(wù)。大多數應用程序均可采用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.存儲器分配

MC143150的外擴存儲器接口總線(xiàn)中，有8位雙向數據總線(xiàn)、16位處理器驅動(dòng)的地址總線(xiàn)以及用于外部存儲器存取訪(fǎng)問(wèn)的兩個(gè)接口信號線(xiàn)R/W和E�？偟牡刂房臻g為64KB，其中有6KB的地址空間保留在芯片內，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(hù)程序和數據信息。

3.應用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/計數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)器并不占用應用處理器的運算時(shí)間，而由完成網(wǎng)絡(luò )功能的處理器實(shí)現。因此，用戶(hù)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～IO10）可通過(guò)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(shí)器/計數器I/O對象、串行I/O對象、并行I/O對象等供用戶(hù)選擇。它們與集成的硬件和固件一起可用于連接馬達、閥門(mén)、顯示驅動(dòng)器、A/D轉換器、壓力傳感器、熱敏電阻、開(kāi)關(guān)量、繼電器、可控硅、轉速計、其他處理器和調制解調器等，方便了實(shí)際應用。表1列舉了所有I/O對象的基本類(lèi)型。

表1 I/O對象類(lèi)型參照表

I/O對象類(lèi)型注 釋Bit input/output位輸入/輸出Bitshift input/output位稱(chēng)輸入/輸出Byte input/output字節輸入/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遠紅外輸入Leveldetect input電平監測輸入Magcard input磁卡編碼輸入Magtrackl input經(jīng)錄入1輸入Muxbus input/output多總線(xiàn)輸入/輸出Neurowire input/output神經(jīng)元接口輸入/輸出Nibble input/output半字節輸入/輸出Oneshot output單穩輸出Ontime input邏輯電持續時(shí)間輸入Parallel input/output并行輸入/輸出Preiod input周期輸入Pulsecount input脈沖計數輸入Pulsecount output脈沖計數輸出Pulsewidth output脈寬輸出Quadrature input位置碼盤(pán)輸入Serial input/output串行輸入/輸出Totalcount input累加計數輸入Touch input/output觸點(diǎn)輸入/輸出Triac output觸發(fā)輸出Triggeredcount output計數觸發(fā)輸出

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