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(gè)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(dòng)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)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(shí)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(cè)電路可用于防止電源電壓降低過程中的不正確操作和錯(cuò)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(dòng)程序和一個(gè)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(chǎng)監(jiān)視控制網(wǎng)絡(luò)。

CY7C53120的主要特點(diǎn)：

●11個(gè)可編程I/O引腳；

●內(nèi)嵌2個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)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(dòng)程序，大大簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序的編寫；

●2個(gè)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(guó)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(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可大大簡(jiǎn)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(chǔ)在EEPROM中；

●應(yīng)用程序可存儲(chǔ)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(shí)器；

●每個(gè)芯片都有唯一的ID號(hào)。此ID號(hào)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(gè)處理器，其中一個(gè)執(zhí)行用戶應(yīng)用程序，另兩個(gè)用于完成網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。三個(gè)處理器的功能信內(nèi)部共享存儲(chǔ)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(dòng)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(chǔ)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(shí)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(shí)、背景診斷、軟件定時(shí)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(chǔ)區(qū)中。當(dāng)更新共享數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)這些緩沖區(qū)的訪問是由硬件信號(hào)裝置協(xié)調(diào)的，因?yàn)檫@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(duì)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(gè)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(duì)象，如電平、脈沖、頻率、編碼等各種信號(hào)模式，以及直接I/O對(duì)象、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器I/O對(duì)象、串行I/O對(duì)象、并行I/O對(duì)象等。另外，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)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(yīng)用處理器的運(yùn)算時(shí)間，而由完成網(wǎng)絡(luò)功能的處理器實(shí)現(xiàn)。因此，用戶可直接使用軟件定時(shí)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(dòng)，也可外接變壓器驅(qū)動(dòng)或外接485總線驅(qū)動(dòng)。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(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議服務(wù)，并執(zhí)行節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用程序。而收發(fā)器其實(shí)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。可以按照不同的應(yīng)用要求來配置I/O對(duì)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(shí)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(shí)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)。