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協(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。

關(guān)鍵詞：神經(jīng)元芯片 LonWorks控制網(wǎng)絡(luò) LonTalk協(xié)議 固件 CY7C53120

1 概述

CY7C53120神經(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協(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協(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(dá)到節(jié)能的目的；

●具有高阻抗通信端口（CP0～CP3）。

2 CY7C53120的結(jié)構(gòu)

CY7C53120的內(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。

2.1 處理器單元

CY7C53120芯片內(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。

CPU-1是介質(zhì)訪問控制（Media Access Control-MAC）處理器，負(fù)責(zé)處理7層LonTalk協(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。

CPU-2是網(wǎng)絡(luò)處理器，用來實現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第3～6層。CPU-2負(fù)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 C,Neuron C派生于ANSI C語言，并對ANSI C語言進(jìn)行了優(yōu)化和增強(qiáng)，并能使用LonWorks分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。

2.2 應(yīng)用I/O口

CY7C53120具有11個I/O引腳（IO0～I(xiàn)O10），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(yùn)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。

2.3 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。

3 引腳功能

CY7C53120具有32腳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

4 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協(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膽?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(qiáng)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)。