Y753120神经元芯片及其应用

石油大学（华东）洪利

　　摘　要：由Cypress公司和Toshiba公司制造的神经元芯片CY7C53120是组成LonWorks控制网络的核心。其芯片内集成了介质访问控制、网络管理、控制应用等三个处理器，且内嵌LonTalk协议，并在ROM固件映像中包含预先编好的I／O驱动程序和网络操作系统。文中介绍了CY7C53120的内部结构、特点及具体应用。
　　关键词：神经元芯片；LonWorks控制网络；LonTalk协议；固件；CY7C53120

1　概述
　　CY7C53120神经元芯片内集成了三个处理器，这是LonWorks控制网络的核心单元，网络中所有节点的介质访问控制、网络管理、控制应用均由它完成。CY7C53120的工作电压为5V，时钟频率为10MHz（CY7C53120E2）、40MHz（CY7C53120E4）。片内有2k（CY7C53120E2）、4k（CY7C53120E4）字节的EEPROM和2k字节的SRAM以及10k（CY7C53120E2）、12k（CY7C53120E4）字节的ROM。其内嵌的低压检测电路可用于防止电源电压降低过程中的不正确操作和错误写入。另外，CY7C53120还内嵌LonTalk协议通信协议，并在ROM固件映像中包含预先编好的I／O驱动程序和一个完整的网络操作系统。CY7C53120这些特征使得它非常适合于组成现场监视控制网络。
CY7C53120的主要特点：
　　●11个可编程I／O引脚；
　　●内嵌2个16位的可编程定时器／计数器；
　　●具有34种不同类型的I／O功能，可处理大量
的输入和输出；
　　●ROM固件映像中包含预先编好的I／O驱动程序，大大简化了应用程序的编写；
　　●2个CPU用来处理内嵌的通信协议。通信CPU与应用CPU可并行工作；
　　●内嵌LonTalk协议，协议支持ISO（国际标准化组织）所定义的OSI（开放系统互连）参考模型的全部7层服务；
　　●ROM固件映像中包含一个完整的网络操作系统，可大大简化应用程序的编写；
　　●内嵌双绞线收发器；
　　●通信模式和通信速率可支持不同类型的外部收发器；
　　●通信端口收发器模式和逻辑地址的信息都存储在EEPROM中；
　　●应用程序可存储在EEPROM中，并可通过网络下载来更新应用；
　　●内嵌看门狗定时器；
　　●每个芯片都有唯一的ID号。此ID号可用于网络的逻辑安装；
　　●支持睡眠工作模式，以达到节能的目的；
　　●具有高阻抗通信端口（CP0～CP3）。

2 CY7C53120的结构
　　CY7C53120的内部结构如图1所示。它主要由处理器单元、应用I／O口和通信端口三部分组成。  
2．1　处理器单元
　　CY7C53120芯片内集成有三个处理器，其中一个执行用户应用程序，另两个用于完成网络任务。三个处理器的功能及内部共享存储器区域之间关系如图2所示。
　　CPU－1是介质访问控制（Media Access Con－trol－MAC）处理器，负责处理7层LonTalk协议的第1层和第2层。CPU－1的处理功能包括驱动通信子系统硬件和执行介质访问算法。CPU－1和CPU－2使用可共享存储区中的网络缓冲区相互通信。
　　CPU－2是网络处理器，用来实现LonTalk协议的第3～6层。CPU－2负责处理网络变量、寻址、事务处理、证实、背景诊断、软件定时器和网络管理。
CPU－2使用网络缓冲区与CPU－1通信，并使用应用缓冲区与CPU－3通信。这些缓冲区也位于共享存储区中。当更新共享数据时，对这些缓冲区的访问是由硬件信号装置协调的，因为这样可以避免冲突。
　　CPU－3是应用处理器，用来执行用户编写的代码，并执行应用程序代码所调用的操作系统服务。使用的编程语言是Neuron C，Neuron C派生于ANSIC语言，并对ANSI C语言进行了优化和增强，并能使用LonWorks分布式控制系统的应用程序。

2．2　应用I／O口
　　CY7C53120具有11个I／O引脚（IO0～IO10），提供有34种编程方式，并可通过编程支持不同的I／O对象，如电平、脉冲、频率、编码等各种信号模式，以及直接I／O对象、定时器／计数器I／O对象、串行I／O对象、并行I／O对象等。另外，2个16位定时器／计数器可用于频率和定时I／O。由固件产生的15种软件定时器并不占用应用处理器的运算时间，而由完成网络功能的处理器实现。因此，用户可直接使用软件定时器，而不必考虑其具体操作。  
2．3　通信端口
　　由CP0～CP4组成的通信接口可以工作在单端、差分模式或特殊模式，这些模式可直接驱动，也可外接变压器驱动或外接485总线驱动。其传输速率的选择范围为0．6kbps～1．2Mbps。
3　引脚功能
　　CY7C53120具有32脚SOIC和44脚TQFP两种封装形式，图3和图4分别为SOIC封装和44脚TQFP封装的引脚排列。各引脚的功能说明见表1所列。
4　应用系统
　　图5所示是基于Neuron芯片的应用系统，该系统由Neuron芯片、收发器和应用电路等部分构成。

　　其中Neuron芯片主要用于实现LonTalk协议服务，并执行节点中的应用程序。而收发器其实是连接Neuron芯片和通信介质之间的接口，可用来支持双绞线、电力线、无线射频、光纤及红外等多种介质的通信。应用电路是连接Neuron芯片的I/O引脚到诸如传感器、执行器、键盘、显示器等I/O设备所需的电路。可以按照不同的应用要求来配置I/O对象和编制Neuron　C应用程序，以控制该应用系统的工作，并实现网络通信功能。

　　从图5所示的应用系统可知：Neuron芯片的I/O可通过应用电路输入或输出数据与外界接口。供助于Neuron芯片固件中的LonTalk支持协议，Neuron芯片可通过收发器实现与网上其它应用系统的双向数据通信。Neuron芯片的强大功能和灵活结构，使其可以非常方便地组建分布式应用网络系统。

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