Neuron多處理器芯片及其應用

1、Neuron多處理器芯片及其應用摘要芯片是美國公司和日本公司制造的一種多處理器結(jié)構(gòu)的神經(jīng)元-FR L_L心片。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)度和等功能。本文以134150為例，介紹有關(guān)芯片的基本結(jié)構(gòu)和組成、協(xié)議以及應用系統(tǒng)的組成方式等。關(guān)鍵詞神經(jīng)元芯片多處理器固件一、芯片的基本組成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，最咼工作頻率可達10。它設(shè)置有11編程輸入、輸出引腳110，編程方法多達34種，方便 了實現(xiàn)應用。片內(nèi)設(shè)有和，支持有外部擴展多種存儲器的接口，最大存儲空間允許有64。內(nèi)部含有兩個16位定時器計

2、數(shù)器，能夠由固件產(chǎn)生15個軟件定時器。芯片的長處還在于它的網(wǎng)絡(luò)通信功能，引出的五個通信引腳04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(luò)任務。圖 2 示意了芯片內(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 處理器是媒體訪問控制層處理器。它處理七層網(wǎng)絡(luò)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。處理器使用位于共享存儲器中的網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)與網(wǎng)絡(luò)處理器進行通信。2網(wǎng)絡(luò)處理器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的 36層。它實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變量處理、尋址、事務處理、文電鑒別、軟件定時器、網(wǎng) 絡(luò)

3、管理和路由等功能。網(wǎng)絡(luò)處理器通過共享存儲器中的網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)與處理器通信，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(shè)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143150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和?？偟牡刂房臻g為 64，其中有 6 的地址空間保留在芯片內(nèi)，剩余的

4、 58 的地址空間供外擴存儲器使用。在外擴存儲器中，通常用 16存放固件，其余的 42 用于存放用戶程序 和數(shù)據(jù)信息。3 應用口具有 11 個引腳的接口提供有 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。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(luò)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。芯片提供的11個引腳010可通過編程設(shè)定為34種不同的對象，支 持電平、脈沖、頻率、編碼等各種信號模式，有直接對象、定時器計數(shù)器 對象、串行對象、并行對象等供用戶選擇。它們與集成的硬件和固件一起可用于連接馬達、閥門、顯

5、示驅(qū)動器、 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 列舉了所有對象的基本類型。表 1 對象類型參照表對象類型注釋位輸入輸出位稱輸入輸出字節(jié)輸入輸出雙積分輸入脈 沖沿分離輸出邊沿跳變時間間隔序列輸入頻率輸出 22 輸入輸出遠紅外輸 入電平監(jiān)測輸入磁卡編碼輸入經(jīng)錄入 1 輸入多總線輸入輸出神經(jīng)元接口輸 入輸出半字節(jié)輸入輸出單穩(wěn)輸出邏輯電持續(xù)時間輸入并行輸入輸出周期輸入脈沖計數(shù)輸入 脈沖計數(shù)輸出脈寬輸出位置碼盤輸入串行輸入輸出累加計數(shù)輸入觸點輸 入輸出觸發(fā)輸出計數(shù)觸發(fā)輸出維甘德輸入4 通信口由04組成的通信接口，允許工作在單端

6、或差分模式，既可直接驅(qū)動，也可外接變壓器驅(qū)動或外接 485 總線驅(qū)動。傳輸速率的選擇范圍為 06 12。5 附加功能芯片具有睡眠喚醒電路、看門狗定時器和服務引腳等附加功能。1 芯片可以在軟件控制下進入低耗的睡眠狀態(tài)，此時，振蕩器系統(tǒng)時鐘、通道端口所用的定時器計數(shù)器均關(guān)閉。但是，所有的狀態(tài)信息包括內(nèi)部中的內(nèi)容都保留，這樣可以降低系統(tǒng) 功耗。2 芯片中的處理器由三個看門狗定時器保護，主要針對軟件錯誤或存 儲器錯誤。若系統(tǒng)軟件或應用軟件不能周期性地復位些定時器，則整個神經(jīng)元芯片將被自動復位。在 10 時鐘下，看門狗定時器大約持續(xù) 084。3 引腳在芯片固件的控制下，為配置和安裝含有芯片的節(jié)點時使用。

7、該引腳的可編程上拉電阻由應用軟件選擇。、固件芯片的固件主要包括基于參考模型的協(xié)議、驅(qū)動程序、事件驅(qū)動的多 任務調(diào)試程度以及函數(shù)庫等部分。其中的協(xié)議具有通用性，支持多種媒體和多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，并提供 多種服務。協(xié)議可使控制信息在各種介質(zhì)中可靠地傳輸。表 2 列出了與 7 層協(xié)議之間的比較，以及與芯片中三個處理器之間的 關(guān)系。表 2 與 7 層協(xié)議的比較層號層次標準服務提供的服務處理器 7 應用層網(wǎng)絡(luò)應用定義標準網(wǎng)絡(luò) 變量類型應用處理器 6 表示層數(shù)據(jù)表示網(wǎng)絡(luò)變量、外部幀傳送網(wǎng)絡(luò)處理器 5 會話層遠程操作請求響應、認證、網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)處理器 4 傳送層端對端 的可靠傳輸應答、非應答、點對點、廣播、認

8、證等網(wǎng)絡(luò)處理器3 網(wǎng)絡(luò)層目的地址尋址地址、路由網(wǎng)絡(luò)處理順 2 鏈路層介質(zhì)訪問和數(shù)據(jù)組幀幀結(jié)構(gòu)、 數(shù)據(jù)解碼、差錯檢測預測、磁撞回避、選擇優(yōu)先級、碰撞檢測處理器 1 物 理層電氣連接介質(zhì)、電氣接口處理器三、語言是基于并針對分布控制的應用，經(jīng)優(yōu)化、加強而成的一種程序設(shè)計語 言。它增強了對支持、時間處理、報文傳遞等功能，其擴充部分包括軟件 定時器、網(wǎng)絡(luò)變量、顯式報文、一個多任務調(diào)試、變量和雜函數(shù)等。語言提供的主要特征和支持包括以下內(nèi)容。1 一個內(nèi)部多任務調(diào)度程序允許程序員以一種自然的方式邏輯地表達 由事件引發(fā)的并行任務，并可以控制任務執(zhí)行的優(yōu)先級。2 一個 -函數(shù)庫調(diào)用時執(zhí)行事件檢查、管理、網(wǎng)絡(luò)信息的

9、接收和傳送、 的多種控制等。3 實現(xiàn)對操作顯式的控制通過對對象的說明來定義標準化芯片特有的 多功能。4 新一級對象網(wǎng)絡(luò)變量的說明語句網(wǎng)絡(luò)變量作為語言的對象，無論何 時被賦值，其值都可自動地傳遍網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)變量的引入和使用了節(jié)點間的數(shù)據(jù)共享。5 新語句定義由事件驅(qū)動的任務。6 支持顯式報文傳遞實現(xiàn)對基本協(xié)議服務的直接訪問。7 一種對毫秒和秒計時器對象說明的語句它們在停止計數(shù)時將會激活 用戶定義的任務。利用語言提供的支持，可大大控制網(wǎng)絡(luò)軟件的開發(fā)和應用，使開發(fā)人 員幾乎感覺不到在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下編程。四、應用系統(tǒng)的基本組成圖 3 所示是基于芯片的應用系統(tǒng)，一般由下述器件構(gòu)成。1 芯片 它主要用于實現(xiàn)協(xié)議服務，執(zhí)行節(jié)點中的應用程序。2 收發(fā)器 收發(fā)器其實是連接芯片和通信介質(zhì)之間的接口，可支持比絞線、電力 線、無線射頻、光纖及紅外等多種介質(zhì)的通信。由于固件中含有通信協(xié)議，因此，該器件的使用對構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應用系統(tǒng)十分方便。3應用電路應用電路是連接芯片的引腳到諸如傳感器、執(zhí)行器、鍵盤、顯示器等 設(shè)備所需的電子線路。它需要按照不同的應用要求單獨設(shè)計。此時，只要通過配置對象和編制應用程序