《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > MEMS|傳感技術 > 業界動態 > 基于APEX20K和ARM7 TDMI-S微處理器實現通用智能傳感器IP核的設計

基于APEX20K和ARM7 TDMI-S微處理器實現通用智能傳感器IP核的設計

2020-11-29
來源:與非網
關鍵詞: 智能傳感器 FPGA

  智能傳感器技術是一門正在蓬勃發展的現代傳感器技術,是涉及微機械和微電子技術、計算機技術、網絡與通信技術、信號處理技術、電路與系統、傳感技術、神經網絡技術、信息融合技術、小波變換理論、遺傳理論、模糊理論等多種學科的綜合技術。

  智能傳感器中智能功能如:數字信號輸出、信息存儲與記憶、邏輯判斷、決策、自檢、自校、自補償都是以微處理器為基礎的?;谖⑻幚砥鞯膫鞲衅鲝暮唵蔚臄底只c信息處理已發展到了目前具有網絡通信功能、神經網絡、模糊理論、遺傳理論、小波變換理論、多傳感器信息融合等新理論新技術逐步完善的現代智能傳感器。其微處理器硬件也經歷了從單 CPU 結構到多 CPU 甚至 DSP、ASIC 與 MCU 相混合的結構。然而微處理器在可靠性、功耗、功能復用等多方面存在著與生俱來的一些不可克服的缺點與不足,阻礙了智能傳感器的進一步發展。由系統 IC 向 SOC(System on ChIP)轉變已成為歷史發展的必然趨勢。SOC 用硬件實現了以往軟件實現的功能。與一般 MCU 相比,它具有可靠性高、價格低、速度快、體積小、功能復用、保密性好等一系列優點。傳統的 SOC 設計是以超深亞微米 IC 設計技術為基礎的,具有集成電路 ASIC 設計的復雜程度。隨著 SOC 平臺和 EDA 技術發展以及 IP 新經濟模式的推動,在 SOC 應用設計上越來越多的從傳統的硅片設計轉到利用大規??删幊痰?FPGA 芯片設計?;?FPGA 的 SOC 設計其開發周期短、開發工具及語言標準化、設計和器件無關等特點,使得它與使用單片機一樣容易。大量的 FPGA 成功應用的報道都是在圖像處理、電力系統等領域。在傳感器智能化領域上的應用仍處于開發研究階段。傳感器方面的少量應用也僅限于用它作為一個或幾個獨立功能模塊,如:通信模塊、自補償模塊等都不具有系統的作用與功能,不能真正地成為片上系統(SOC)。本文將提出集采集系統、補償校正、數據處理、數據通信、任務調度、人機界面、IP 功能復用等功能模塊于一體的智能傳感器 SOC/IP 設計及基于 FPGA 與 ARM7 微處理器芯片的實現方法。

  SOC/IP 概念與智能傳感器 SOC 設計方法

  SOC:System on Chip 指建立在單芯片上的系統。IP: Intellectual Property 自主知識產權。傳統的智能傳感器設計方法是以功能設計為基礎的。而 SOC 設計方法以功能復用與搭建為基礎,在芯片上用若干個宏模塊來構建復雜系統。這些已經開發的宏模塊就是通用的 IP 核。IP 核的重用可以降低產品設計的復雜度,減少產品上市時間。

  利用 SOC/IP 芯片能組成完整的智能傳感器系統。智能傳感器傳感參數可能是多種多樣的。但從功能模塊組成來講,它主要包括數據采集模塊、補償與校正模塊、數據處理模塊、數據網絡通信模塊、人機界面和任務管理與調度模塊等功能單元。從而基于 IP 的智能傳感器 SOC 設計過程為:首先正確建立智能傳感器的通用模塊模型;然后合理劃分各摸塊功能規范,制定各模塊之間的接口協議與標準;再設計出一系列通用的 IP 核;最后把所需的通用 IP 核搭建整合在一起構成完整的智能傳感器系統。

  智能傳感器 IP 核設計與 SOC 構建

  智能傳感器涉及到數據采集、信號處理(程控放大、線性化、信號濾波、信號補償、人工神經網絡、遺傳理論、多傳感器融合、模糊理論等) 、數據通信、人機界面及任務調度等各種功能。在 IP 核設計與 SOC 構建中,為了簡化工作,降低復雜度,我們選用基于 FPGA 的 IP 核及基于 ARM7TDMI-SCPU 的 IP 核兩種 SOC 設計方式,其中 FPGA 的 IP 核主要完成數據采集與信號處理模塊,基于 ARM7 的 IP 核完成數據通信、人機界面及任務調度工作。

  數據采集

  傳統的傳感器信號數字化大多采用的是 VFC、串行 A/D、并行 A/D 等方案。每一方案都可設計成相應的 IP 核。雖然已經有人用 FPGA 完成數據采集,但都是以特定應用的方式,而不是以通用的 IP 核方式設計的。我們介紹采用 MAX125 完成的并行 A/D 接口 IP 核設計。MAX125 8 通道 14bit 的并行 A/D 芯片。在 FPGA A/D IP 核設計中,提供給 MAX125 信號有啟動轉換及轉換結束后的時序信號,讀取轉換結果并存儲到 FPGA 芯片內部 RAM 中的數據信號。該 A/D IP 核我們已經開發成功,并獲得了很好的使用。

  信號處理

  信號處理是智能傳感器的主要內容之一。通常包含線性化、濾波、各類補償、人工神經網絡、模糊理論、遺傳算法、多傳感器融合等工作。在濾波中,除了常規的 FFT、DFT 之外,近幾年還出現了小波變換。由于芯片速度上的優勢,如何實現各信號處理 IP 核通用化設計,已成為相關信號處理算法 IP 核設計的關鍵。

  如在線性化處理設計中,我們把各類傳感器的線性化算法都設計到一個通用的線性化 IP 核中。在任務調用時再根據不同類型傳感器線性化算法要求,組態選擇出相應的算法 IP 核,供實際需要使用。

  數據通信

  設置數據通信接口主要是考慮芯片還可以同外部 CPU 或網絡構成更加復雜的測控系統。為了方便芯片的設計,節省芯片資源,我們選用基于 ARM7 的 philIPs LPC2106 芯片進行通信 IP 核設計。它可以將一系列不同的通信接口(如: CAN、以太網、TCP/IP、RS232/485、I2C、SPI) 以及不同的通信規程用一個通用的微處理器實現。通過與上位機與各類網絡的聯接,實現遠程遙測、網絡遠程智能測量節點等功能。通信 IP 核設計主要任務是通信規約算法設計。而大多數接口因為基于 ARM7 的微處理器都能提供,所以就不需要做太多的工作。

  人機界面與任務調度

  人機界面與任務調度 IP 核也用 ARM7 微處理器設計。人機界面主要設計鍵盤接口及 LCD/LED/CRT 等顯示接口。利用 ARM7 強大的 GPIO 功能是不難加以實現的。

  任務調度 IP 主要包括數據采集調度、信號處理調度、數據通信調度及人機界面調度等工作。我們采用以源碼公開的嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ2.52 版為基礎,將它移植到 LPC2106 ARM 微處理器中。在μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統基礎上開發各種應用軟件,完成智能傳感器所需要的各類任務調度與組態工作。

  應用舉例

  有了基本的 IP 內核,我們就可以根據需要通過對 IP 核的組態(在嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ的調度下)構成各類所需的智能傳感器系統。圖 1 所示是用于熱電偶溫度測溫的智能傳感器的 SOC 設計實例。所有算法 IP 模塊都加載到 ALTERA 公司的 APEX20K 的多芯片 FPGA 上,完成溫度信號采集、A/D 變換、低端補償、線性化、程控放大等功能。芯片的總體外部引腳包括 A/D 接口的數據線和控制線、微處理器接口的數據線和控制線、程控放大的控制線等。微處理器選用具有 ARM IP 核的 Philips 公司的 LPC2106 芯片。它完成通信功能、實時時鐘功能、人機接口功能及任務調度功能。通信 IP 包括 I2C 總線、RS232/RS485 總線、CAN 總線、TCP/IP 協議、以態網等。

5fbf3fb8b2f29-thumb.jpg

  圖 1 基于 IP 的智能傳感器的 SOC 設計

  圖 2 是基于以上系統芯片構成的熱電偶智能傳感器的組成框圖。其核心是兩片 SOC,其中 FPGA SOC 選用的是 APEX20K,MCU SOC 選用的是具有 ARM IP 核的 ARM7 TDMI-S 微處理器。該智能傳感器的樣機已經完成。FPGA 的片上芯片經硬件仿真測試,其 A/D 采樣、線性化算法、冷端溫度補償、多傳感器融合等功能與算法都已通過實驗驗證。MCU 的 SOC 在 48MHz 系統時鐘的運行下,通過了通信、人機界面、實時日歷時鐘、任務調度管理等功能的實驗,驗證了該設計的可行性。

5fbf3fb8b400d-thumb.jpg

  圖 2 基于 SOC 芯片構成的熱電偶智能傳感器的組成框圖

  結束語

  本文通過實例介紹了智能傳感器 IP/SOC 設計的方法。在設計通用智能傳感器 IP 核的基礎上,通過 IP 復用,只需改變或重新設置數據與任務調用模塊就能設計出應用于其他各類智能傳感器的 SOC 系統。

  由于 SOC 開發及 EDA 設計工具的限制,以 FPGA 與 MCU 為基礎,以實際系統應用為切入點,進行智能傳感器的 SOC/IP 設計是符合當前 SOC 設計和我國實際情況的研究方式。為了提高智能傳感器 SOC/IP 的設計能力,必須特別注意以下幾個方面的總結工作: ①EDA 工具:包括開發工具、設計工具、分析工具以及驗證工具。②HDL 語言工具:要充分利用 HDL 語言結構好的特點,采用自頂向下的模塊化設計,強調詳細的配置和接口標準化。③IP 資源,一方面指充分利用現有通用 IP 的資源及資源標準,如接口、規范、可測試性等,以及世界上市場份額占有率最大的 ARM 公司的 IP 核資源。另外一方面指智能傳感器本身 IP 核的總結與提高。

  FPGA 的可現場編程特點使基于 SOC/IP 的智能傳感器設計更加靈活,各 IP 模塊并行處理的特點使以往用單一 CPU 無法實現的,如需要高速數據處理的傳感器校正算法、補償算法、神經網絡傳感算法、模糊傳感算法、多傳感器融合等復雜算法得以實現。可進一步提高測量精度、測量范圍與測量內容。同時,用硬件實現以往軟件的功能,能解決干擾引起的程序死機問題,極大地提高了智能傳感器系統的可靠性。


本站內容除特別聲明的原創文章之外,轉載內容只為傳遞更多信息,并不代表本網站贊同其觀點。轉載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權歸版權所有權人所有。本站采用的非本站原創文章及圖片等內容無法一一聯系確認版權者。如涉及作品內容、版權和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當措施,避免給雙方造成不必要的經濟損失。聯系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。
热re99久久精品国产66热_欧美小视频在线观看_日韩成人激情影院_庆余年2免费日韩剧观看大牛_91久久久久久国产精品_国产原创欧美精品_美女999久久久精品视频_欧美大成色www永久网站婷_国产色婷婷国产综合在线理论片a_国产精品电影在线观看_日韩精品视频在线观看网址_97在线观看免费_性欧美亚洲xxxx乳在线观看_久久精品美女视频网站_777国产偷窥盗摄精品视频_在线日韩第一页
  • <strike id="ygamy"></strike>
  • 
    
      • <del id="ygamy"></del>
        <tfoot id="ygamy"></tfoot>
          <strike id="ygamy"></strike>
          国产精品视频第一区| 亚洲免费激情| 亚洲第一精品福利| 国产精品久久久久久久久搜平片| 国产精品理论片在线观看| 欧美日韩国内| 在线观看av不卡| 国产精品第十页| 欧美福利一区二区| 欧美日韩黄色一区二区| 国产欧美日韩一区二区三区| 欧美风情在线| 欧美网站大全在线观看| 欧美一区二区观看视频| 欧美日韩网站| 免费一级欧美在线大片| 久久亚洲欧洲| 免费成人性网站| 亚洲欧美日韩精品久久| 久久久久久999| 国产一区二区三区精品欧美日韩一区二区三区| 日韩午夜激情av| 久久99在线观看| 国产精品网站一区| 国产精品国产三级国产普通话99| 国内精品**久久毛片app| 国产精品视频一区二区三区| 91久久精品一区| 欧美激情 亚洲a∨综合| 久久久久国色av免费看影院| 亚洲人成艺术| 亚洲精品社区| 欧美一级欧美一级在线播放| 欧美日本成人| 久久视频一区| 欧美+日本+国产+在线a∨观看| 久久久夜色精品亚洲| 最新亚洲激情| 99国内精品久久久久久久软件| 亚洲人午夜精品| 性视频1819p久久| 久久久亚洲国产美女国产盗摄| 欧美大香线蕉线伊人久久国产精品| 国产日韩三区| 在线亚洲免费| 国产精品天美传媒入口| 国产午夜精品全部视频播放| 国产欧美精品在线观看| 国产精品高清在线| 欧美资源在线观看| 欧美亚洲视频在线观看| 嫩草国产精品入口| 99re热精品| 亚洲国产精品久久久| 亚洲国产婷婷香蕉久久久久久99| 麻豆精品在线播放| 日韩亚洲欧美一区二区三区| 午夜精品久久久久久久久久久久| 亚洲大片一区二区三区| 亚洲国产精品成人久久综合一区| 久久se精品一区二区| 亚洲电影免费观看高清完整版在线| 欧美电影在线观看| 极品少妇一区二区三区精品视频| 欧美一级久久| 欧美在线播放一区| 欧美sm重口味系列视频在线观看| 亚洲人成在线影院| 日韩视频精品在线观看| 久久久久国色av免费看影院| 欧美有码在线视频| 老色鬼久久亚洲一区二区| 欧美高清你懂得| 国产在线不卡视频| 亚洲一级片在线看| 亚洲深夜福利在线| 久久久久综合| 欧美电影美腿模特1979在线看| 欧美日韩一区二区视频在线| 亚洲一级二级在线| 欧美一区二区三区日韩视频| 鲁大师成人一区二区三区| 亚洲乱码精品一二三四区日韩在线| 国产一区91精品张津瑜| 一区二区三区欧美视频| 久久爱www.| 一区二区视频免费完整版观看| 欧美日韩国产成人高清视频| 亚洲人成77777在线观看网| 久久久精品久久久久| 日韩亚洲国产欧美| 国产日产欧美一区| 亚洲免费观看在线观看| 亚洲综合色自拍一区| 国产精品第一区| 亚洲欧美精品| 久久午夜羞羞影院免费观看| 夜夜嗨av色一区二区不卡| 欧美日一区二区在线观看| 国产精品黄色在线观看| 国产一区二区三区久久悠悠色av| 欧美日本亚洲韩国国产| 亚洲精选久久| 免费亚洲视频| 最新国产乱人伦偷精品免费网站| 久久久久久久综合狠狠综合| 欧美日韩国内| 国产亚洲va综合人人澡精品| 久久综合给合久久狠狠狠97色69| 欧美电影专区| 欧美视频在线免费看| 亚洲欧洲综合另类在线| 欧美黄色免费网站| 欧美成人午夜激情视频| 亚洲高清中文字幕| 蜜桃精品久久久久久久免费影院| 欧美高清hd18日本| 在线免费日韩片| 国产亚洲欧洲997久久综合| 99re66热这里只有精品3直播| 国产精品v欧美精品v日韩| 激情综合电影网| 欧美国产日韩一二三区| 亚洲片在线观看| 欧美黑人一区二区三区| 国产欧美日韩专区发布| 亚洲巨乳在线| 欧美一区二区三区免费看| 1024成人网色www| 一区在线免费观看| 欧美另类极品videosbest最新版本| 亚洲黄色一区| 极品尤物一区二区三区| 在线欧美视频| 国产一区二区在线观看免费| 欧美激情综合在线| 91久久精品网| 国内外成人免费激情在线视频网站| 西西人体一区二区| 夜久久久久久| 国产区日韩欧美| 亚洲精品影院| 久久精品国产99国产精品澳门| 欧美性生交xxxxx久久久| 欧美日本高清一区| 国产日韩欧美亚洲| 狠狠色综合色区| 久久久久国产精品一区二区| 曰本成人黄色| 激情成人综合| 亚洲全黄一级网站| 99视频超级精品| 亚洲国产视频直播| 国产精品入口| 在线免费观看日本一区| 午夜精品成人在线视频| 久久米奇亚洲| 亚洲一区二区三区涩| 久久精品日韩一区二区三区| 一区二区视频在线观看| 欧美日韩综合视频| 9国产精品视频| 欧美一级免费视频| 黄色av一区| 在线视频日韩精品| 欧美体内she精视频在线观看| 国产精品人人做人人爽| 亚洲天堂网站在线观看视频| 亚洲天堂免费在线观看视频| 99香蕉国产精品偷在线观看| 欧美韩国日本一区| 欧美福利视频一区| 欧美一区二区免费视频| 国产精品免费一区二区三区观看| 欧美在线中文字幕| 欧美aaa级| 欧美日韩的一区二区| 亚洲国产高清高潮精品美女| 欧美日本亚洲视频| 欧美三区免费完整视频在线观看| 国产亚洲精品美女| 欧美大片在线看免费观看| 国产毛片久久| 国产精品劲爆视频| 亚洲欧美国产视频| 国产精品一区一区| 亚洲欧美一区二区三区极速播放| 在线不卡视频| 欧美日韩一区二区三区高清| 亚洲日本成人| 一区二区久久| 亚洲精选大片| 激情久久久久| 国产综合久久| 亚洲在线视频一区| 亚洲高清在线精品| 国产乱码精品一区二区三区五月婷| 精品999日本| 久久免费的精品国产v∧| 亚洲深夜福利在线| 久久久久天天天天| 韩日精品中文字幕| 欧美日韩中国免费专区在线看| 精品粉嫩aⅴ一区二区三区四区| 久久久久久综合| 浪潮色综合久久天堂| 欧美福利小视频| aⅴ色国产欧美| 欧美国产日本韩| 午夜亚洲伦理| 欧美成人激情视频免费观看| 免费在线视频一区| 国产精品扒开腿做爽爽爽视频| 欧美粗暴jizz性欧美20| 中文亚洲免费| 在线观看日韩av先锋影音电影院| 影音先锋中文字幕一区| 欧美日韩精品免费观看视一区二区| 亚洲视频1区2区| 欧美偷拍一区二区| 久久久www免费人成黑人精品| 欧美大片在线观看一区二区| 欧美在线播放| 国产一区白浆| 欧美伦理视频网站| 国产日韩精品一区二区| 欧美日韩国产综合在线| 国产日韩精品一区二区| 亚洲高清资源| 国产精品v日韩精品v欧美精品网站| 欧美体内谢she精2性欧美| 在线日本成人| 亚洲激情网站免费观看| 中文欧美日韩| 一本色道久久综合| 欧美福利视频网站| 国产精品国产精品| 午夜日本精品| 最新高清无码专区| 欧美日韩国产精品自在自线| 欧美天堂在线观看| 亚洲欧洲中文日韩久久av乱码| 亚洲国产美国国产综合一区二区| 亚洲免费高清视频| 国产日韩精品一区观看| 校园春色综合网| 久久免费精品日本久久中文字幕| 欧美日韩一区二区免费视频| 亚洲女女女同性video| 国产精品对白刺激久久久| 亚洲一级特黄| 一色屋精品视频免费看| 欧美精品啪啪| 一区免费观看| 久久久久久9| 欧美国产日韩一区二区在线观看| 欧美久久久久久蜜桃| 亚洲欧美日韩中文视频| 亚洲成色999久久网站| 一区二区三区产品免费精品久久75| 国产午夜精品全部视频在线播放| 欧美日韩在线播| 国语自产精品视频在线看抢先版结局| 国产亚洲欧美日韩精品| 国内成+人亚洲| 久久综合九九| 亚洲国产成人精品久久| 在线色欧美三级视频| 一区二区三区免费观看| 欧美电影免费观看高清| 六月天综合网| 激情婷婷欧美| 在线中文字幕不卡| 一区在线播放视频| 一区二区三区在线观看视频| 国产精品高潮呻吟久久av黑人| 国产精品扒开腿爽爽爽视频| 欧美精品在线免费播放| 国内久久精品| 亚洲精品欧美一区二区三区| 欧美成人一区二区三区片免费| 国产精品永久入口久久久| 亚洲自拍另类| 美腿丝袜亚洲色图| 在线一区二区三区四区| 精品动漫一区| 欧美高清视频一二三区| 欧美日本韩国| 欧美电影免费观看大全| 久久精品国产综合| 99视频在线精品国自产拍免费观看| 国产精品一区一区| 欧美黑人国产人伦爽爽爽| 久久亚洲精品一区| 欧美日韩精品国产| 久久久999精品免费| 国产欧美一区二区精品婷婷| 欧美人成在线视频| 欧美特黄视频| 在线视频精品一区| 久久久久成人网| 国产精品美女久久久久久免费| 夜夜狂射影院欧美极品| 狠狠色丁香久久婷婷综合_中| 亚洲无线视频| 久久精品日产第一区二区| 一区二区在线观看视频在线观看| 亚洲影院在线| 欧美国产精品日韩| 国产精品一区二区三区乱码| 先锋影音久久久| 宅男精品视频| 91久久精品www人人做人人爽| 一区二区激情| 一色屋精品视频免费看| 欧美国产日韩一二三区| 欧美日韩国产精品专区| 亚洲国产一区二区三区高清| 国产美女精品在线| 欧美日韩在线播放一区| 欧美在线欧美在线| 狠狠爱www人成狠狠爱综合网| 欧美综合国产精品久久丁香| 欧美日韩一区二区三区免费看| 亚洲私人影院| 欧美视频一区二区三区在线观看| 欧美小视频在线观看| 国产精品丝袜xxxxxxx|