一個微控制�,(也稱作微處理器或MCU)就是一個小型的�(jì)算機(jī),它由一系列簡單的電路和一些支持CPU作用的簡單模塊組�,如晶體振蕩��定時�,看門�,串行和模擬I / O口等�。芯片里包括非閃爍存儲器和OTP ROM 用來存儲程序,以及一個很小的讀寫程��
新唐科技的NUC1xx包含NUC101、NUC100、NUC120、NUC130和NUC140,是以ARM Cortex-M0為核心的32位微控制�(MCU),經(jīng)由不同時鐘的�(shè)�,可以達(dá)�50MHz的運(yùn)作頻率。然而在一般簡單控制或系統(tǒng)�(fù)載較低時,CPU并不需要執(zhí)行在的運(yùn)行時鐘下即可�(yīng)付所需要的�(jì)算量。這時�,便可以利用系統(tǒng)時鐘的控制來降低時鐘,以�(dá)到省電的目的�
另一種情況是CPU�?yàn)榈却乱粋€工作或只需要久久工作一次時,就可以先將CPU�(jìn)入Idle或Power Down模式,等到一定的時間之后或是有特定的事件�(fā)生時,才被喚醒過來�(jìn)行相�(guān)事件的處�。同�,如果系�(tǒng)�(nèi)沒有用到的系�(tǒng)模塊,也可以將其�(guān)閉以節(jié)省不必要的耗電。本文介紹各種不同的省電方法的原�,并提供相關(guān)的范例說明�
開關(guān)系統(tǒng)模塊
在新唐科技NUC1xx�,為了省電的需�,當(dāng)某個系�(tǒng)模塊不使用時,可以將其輸入時鐘關(guān)�,使其�(jìn)入關(guān)閉的模式,依此來�(dá)到省電的效果。在NUC1xx�,幾乎所有的系統(tǒng)模塊都可以各別被�(guān)�,這些模塊包括:Watch Dog Timer、RTC、Timer0~3、I2C0~1、SPI0~3、UART0~2、PWM0~7、CAN、USB、ADC、ACMP、PS2、PDMA� Flash ISP。不過,并非每顆芯片都包含了所有模塊功�,例如CAN模塊只在NUC130和NUC140才有此功�,詳�(xì)說明請參考各芯片的相�(guān)文件�
各模塊的相關(guān)耗電如表1所��
新唐科技NUC1xx藉由�(guān)閉各模塊時鐘的方式來�(dá)到關(guān)閉各模塊的目�,所以要�(guān)閉模塊就必須�(shè)定相�(guān)的時鐘控制緩存器。NUX1xx提供AHBCLK Register與APBCLK Register,來控制上文所列出各模塊的開關(guān)�
系統(tǒng)時鐘�(shè)�
新唐科技NUC1xx本身的耗電量和它的�(yùn)行時鐘有很大�(guān)�。如果運(yùn)行的時鐘高,則耗電�,反之則比較省電,但同時CPU就可能無法負(fù)荷大量的�(yùn)�。因�,如果要同時兼顧大量�(yùn)算跟省電,就必須能夠根據(jù)�(shí)際上的需求來�(diào)整CPU的工作時�,以求達(dá)到的�(yùn)作效��
NUC1xx�(nèi)建了PLL,能使用外部12MHz的晶振或是內(nèi)�22M振蕩器產(chǎn)生系�(tǒng)所需的時�,由PLL所�(chǎn)生的時鐘再經(jīng)過適�(dāng)除頻,即可作為CPU的工作頻�。另外NUC1xx也提供經(jīng)由外�32KHz的晶振或是內(nèi)�10KHz 振蕩器直接供給作為CPU工作頻率的方式。因�,NUC1xx對于工作時鐘的設(shè)�,提供了很大的靈活��
IDLE省電模式
新唐科技NUC1xx除了可利用設(shè)定最適合的工作時鐘來�(dá)到省電的目的�,如果在系統(tǒng)完全不需要工作時,還可以將CPU及大部分的硬件關(guān)閉,以達(dá)到的省電效果。這種搭配�(guān)閉CPU及大部分硬件的模式,我們稱之為省電模式,其中包括了Idle省電模式及Power Down省電模式。下面就Idle省電模式�(jìn)行說��
藉由�(guān)閉大部分硬件時鐘以達(dá)到省電效率的模式主要有兩種,一種是Idle省電模式,另一種是Power Down省電模式。這兩種模式的不同�(diǎn)�,當(dāng)系統(tǒng)�(jìn)入Idle省電模式下時,任何的中斷事件都可以重新喚醒CPU,以便讓系統(tǒng)可以處理新�(jìn)的事件。但如果系統(tǒng)處于Power Down省電模式,就只有少數(shù)特定的中斷事件能夠喚醒系�(tǒng)�
由于所謂的Idle模式,實(shí)際上就是把CPU的時鐘關(guān)�,這樣讓CPU在沒有工作時處在最省電的模式。因?yàn)樵谶@個模式下,只是將CPU的時鐘關(guān)�,一旦有任何中斷事件�(fā)�,馬上可以打開CPU的時鐘來處理相關(guān)的事�,所以不會造成處理事件的延�,同時又可以�(dá)到省電效�,是兼顧速度與省電的一種模��
NUC1xx可以利用ARM Cortex-M0本身提供的WFI/WFE指令�(jìn)入Idle模式。一旦�(jìn)入Idle模式,CPU將立刻�(jìn)入Sleep模式而停止運(yùn)�,因此在WFI/WFE指令之后的程序都必須等到CPU被喚醒后才會被執(zhí)�。此時NUC1xx的耗電量將降到�[email protected]�
�(jìn)入Idle省電模式之后,如果要喚醒CPU,回到一般的工作模式,就必須先產(chǎn)生中斷信�。該中斷信號可以是NUC1xx中的任何模塊所�(chǎn)生的中斷,也可以通過外部中斷的方式來喚醒CPU。需要注意的�,當(dāng)決定CPU要由某個中斷來喚醒�,就必須在�(jìn)入Idle省電模式�,將該中斷設(shè)定完�,才能使其產(chǎn)生中斷事件來喚醒CPU�
Power Down省電模式
Power Down是新唐科技NUC1xx最省電的一種模�,因?yàn)橐坏┻M(jìn)入Power Down省電模式,晶振時鐘會被關(guān)�,整顆NUC1xx呈現(xiàn)靜止的狀�(tài),這時的耗電量將減到最小的程度。而在此模式下,也只有少數(shù)的特定中斷事件能夠喚醒NUC1xx,使其恢�(fù)工作狀�(tài)。在Power Down模式�,NUC1xx提供了GPIO、USB、UART、RTC、ACMP和CAN的中斷喚醒方��
要�(jìn)入Power Down省電模式,除了必須呼叫WFI/WFE指令�,在�(diào)用WFI/WFE指令之前,必須另將PD[_]WAIT[_]CPU和PWR[_]DOWN[_]EN兩個功能依序打�。已確保CPU先�(jìn)入Sleep模式�,系�(tǒng)再�(jìn)入Power Down模式,此時NUc1xx是屬于最省電的狀�(tài),耗電量將降到�15uA�
一旦NUC1xx�(jìn)入Power Down省電模式,由于大部分的邏輯電路都�(jìn)入停�?fàn)顟B(tài),因此要想喚醒CPU,必須經(jīng)由特殊定義的中斷源來喚醒。在Idle省電模式�,只要有任何中斷即可喚醒CPU不同,不過相同的�,兩者都必須要在�(jìn)入省電模式前,先�(shè)定好將來要用來喚醒CPU的模�,這包括其中斷或喚醒功�,這些為了喚醒CPU的準(zhǔn)備都完成之后,才能�(jìn)入省電模�,否則就沒有任何方式能夠再喚醒CPU了�
由于所謂的Power Down省電模式,實(shí)際上是把晶振的時鐘關(guān)�,讓整個NUC1xx呈現(xiàn)靜止的狀�(tài)。而因?yàn)榫д褚脖魂P(guān)閉了,一旦有喚醒中斷事件�(fā)�,需要等到晶振穩(wěn)定下來后,CPU才能繼續(xù)�(yùn)作,所以由Power Down�(jìn)入一般的工作模式,會需要延遲一�(diǎn)時間來等�,而NUC1xx系列所提供的延遲時間預(yù)�(shè)�4096個clock cycle。以12MHz來計(jì)�,延遲時間為(1/12MHz)*4096=341.12us(�2中的T2),而晶振起振所需時間(�2中的T1)則會隨著晶振頻率、品�、PCB 布線等都會造成少許差異。一般而言, 12MHz晶振起振所需時間�1~2ms。實(shí)際量測范例數(shù)�(jù)如圖2所示�
本文小結(jié)
本文介紹了新唐科技NUC1xx所提供的各種省電方�,包括了�(guān)閉沒用到的模�、調(diào)整CPU�(yùn)作的時鐘、Idle省電模式與Power Down省電模式。在�(shí)際應(yīng)用時,使用者可以根�(jù)自身所需,選擇適合的方式,甚至組合不同的省電方法以達(dá)到的省電效率�
這樣的區(qū)別主要集中在硬件�(jié)�(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域和指令集特�3個方面:
1)硬件結(jié)�(gòu)
微處理器是一個單芯片CPU,而微控制器則在一塊集成電路芯片中集成了CPU和其他電�,構(gòu)成了一個完整的微型�(jì)算機(jī)系統(tǒng)。圖1-6虛線框中所示是大多�(shù)微控制器的完整結(jié)�(gòu)。除了CPU,微控制器還包括RAM、ROM、一個串行接�、一個并行接�,計(jì)時器和中斷調(diào)度電路。這些都集成在一塊集成電路上。雖然片上RAM的容量比普通微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還要小,但是這并未限制微控制器的使用。在后面可以了解到,微控制器的應(yīng)用范圍非常廣��
微控制器的一個重要的特征是內(nèi)建的中斷系統(tǒng)。作為面向控制的�(shè)�,微控制器經(jīng)常要�(shí)時響�(yīng)外界的激勵(中斷�。微控制器必須執(zhí)行快速上下文切換,掛起一個�(jìn)程去�(zhí)行另一個�(jìn)程以響應(yīng)一個“事件�。例�,打開微波爐的門就是一個事件,在基于微控制器的�(chǎn)品中這個事件將觸發(fā)一個中�。微處理器也能擁有強(qiáng)大的中斷功能,但是通常需要外部元件的配合,而微控制器在片上集成了所有處理中斷必需的電��
2)應(yīng)用領(lǐng)�
微處理器通常作為微型�(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的CPU使用。其�(shè)�(jì)正是針對這樣的應(yīng)�,這也是微處理器的�(yōu)勢所�。然而,微控制器通常用于面向控制的應(yīng)�。其系統(tǒng)�(shè)�(jì)追求小型�,盡可能減少元器件數(shù)量。在過去,這些�(yīng)用通常需要用�(shù)十個甚至數(shù)百個數(shù)字集成電路來�(shí)�(xiàn)。使用微控制器可以減少元器件的使用數(shù)�,只需一個微控制�、少量的外部元件和存儲在ROM中的控制程序就能�?qū)崿F(xiàn)同樣的功�。微控制器適用于那些以極少的元件�(shí)�(xiàn)對輸�/輸出�(shè)備�(jìn)行控制的場合,而微處理器適用于�(jì)算機(jī)系統(tǒng)中�(jìn)行信息處��
3)指令集特征
由于�(yīng)用場合不同,微控制器和微處理器的指令集也有所不同。微處理器的指令集增�(qiáng)了處理功�,使其擁有強(qiáng)大的尋址模式和適于操作大�(guī)模數(shù)�(jù)的指�。微處理器的指令可以對半字節(jié)、字節(jié)、字,甚至雙字�(jìn)行操�。通過使用地址指針和地址偏移,微處理器提供了可以訪問大批�(shù)�(jù)的尋址模式。自增和自減模式使得以字節(jié)、字或雙字為單位訪問�(shù)�(jù)變得非常容易。另�,微處理器還具有其他的特�(diǎn),如用戶程序中無法使用特�(quán)� 令等�
微控制器的指令集適用于輸�/輸出控制。許多輸�/輸出的接口是�/位的。例�,電磁鐵控制著馬�(dá)的開�(guān),而電磁鐵由一�1位的輸出端口控制。微控制器具有設(shè)置和清除單位的指�,也能執(zhí)行其他面向位的操�,如對“位”�(jìn)行邏輯與、或和異或的�(yùn)�,根�(jù)�(biāo)志位跳轉(zhuǎn)�。很少有微處理器具備這些�(qiáng)大的位操作能�,因?yàn)樵O(shè)�(jì)者在�(shè)�(jì)微處理器�,僅考慮以字節(jié)或更大的單位來操作數(shù)�(jù)�
在對�(shè)備的控制和監(jiān)視方面(可能是通過一�1位的接口�,微控制器具有專門的內(nèi)部電路和指令用于輸入/輸出、計(jì)時和外部中斷的優(yōu)先權(quán)分配。微處理器一般需要配合附加的電路(串行接口芯�、中斷控制器、定時器等)才能�(zhí)行相同的任務(wù)。不過,單純就處理能力而言,微控制器永�(yuǎn)�(dá)不到微處理器的水平(在其他條件相同的情況下),因?yàn)槲⒖刂破餍酒械募呻娐返暮艽笠徊糠钟糜�?shí)�(xiàn)其他的片上功�,代價就是犧牲掉一部分處理能力�
由于微控制器芯片上的資源非常緊張,它的指令必須非常精�,大部分指令的長度都短于1個字節(jié)??刂瞥绦虻脑O(shè)�(jì)原則通常是要求程序能夠裝入片上的ROM,因?yàn)榧词怪辉�?片外部ROM也將顯著提高�(chǎn)品的硬件成本。微控制器指令集的基本特�(diǎn)就是具有精簡的編碼方案。微處理器不具備這樣的特�(diǎn),因?yàn)樗鼈�?qiáng)大的尋址模式使得指令編碼不夠簡潔�
引言
隨著我國航天事業(yè)的發(fā)�,高密度集成電路器件在航天器的研制中被大量使�,然而隨著器件集成度的提高和工作電壓的降�,空間輻射環(huán)境對電子系統(tǒng)的影響越來越�??臻g輻射�(huán)境對電子系統(tǒng)的損害最主要的是單粒子效�(yīng)(Single Event Effect) ,它們會使器件失效或者工作狀�(tài)�(fā)生改�,影響電子設(shè)備的可靠�(yùn)� 5。基于筆者所在單位承�(dān)的大量航天工程任�(wù)中關(guān)鍵部位均使用� 8051微控制器,本文根�(jù)航天電子�(shè)�(jì)的要求對一�8051IP軟核�(jìn)行了修改,以適應(yīng)航天�(shè)備的需��
1 mc8051IP核介�
IP(Intellectual Property)原意指知識產(chǎn)�(quán),在 IC�(shè)�(jì)�(lǐng)域則是指�(yù)先設(shè)�(jì)�(shí)�(xiàn)某種功能的模塊。IP�(IP模塊)則是指完成某種功能的虛擬電路模塊,也稱之為虛擬部��
根據(jù) IP的提供方式通常� IP核分為硬 IP(硬核 Hard Core)、軟 IP(軟核 Soft Core)和固 IP(固核 Firm Core )�
硬核是針對某個特定工藝的一套物理版�,電路布局布線和工藝是確定的,已經(jīng)過樣品電路的�(yàn)�。硬核的�(yōu)�(diǎn)是它的高速度和安全�,但由于依賴特定的工藝,所以缺少靈活��
軟核是用硬件描述語言(Verilog HDL� VHDL)的形式描述功能塊的行�,但是并不涉及用什么電路和電路元件�(shí)�(xiàn)這些行為。軟核具有的特點(diǎn)是可以根�(jù)用戶需要靈活的�(jìn)行修改定��
固核是一種介于軟核和硬核之間� IP�,通常� RTL代碼和對�(yīng)具體工程�(wǎng)表的混合形式提供。固核是完成了綜合的功能�,有較大的設(shè)�(jì)深度,通常以網(wǎng)表的形式提交客戶�
mc8051IPcore� Oreganosystems公司提供的一個應(yīng)用廣泛的開源 8051IP軟核�
它由算術(shù)�(yùn)算單�,定時器 /�(jì)�(shù)�,串口,�(nèi)� ram,外� ram� rom組成。mc8051[_]alu為運(yùn)算單�,由加法器,乘法�,除法器等基本運(yùn)算單元組成。mc8051[_]control� mc8051的控制通路。包括有特殊寄存�,譯碼單�,多路選擇器,中斷及指令狀�(tài)�(jī)等基本功��2抗單粒子可靠性設(shè)�(jì)技�(shù)
可靠性設(shè)�(jì)的基本原理是冗余,包括信息冗余,時間冗余�。目前抗單粒子效�(yīng)的設(shè)�(jì)技�(shù)中應(yīng)用最廣的技�(shù)有三模冗�(Triple Modular Redundance ,TMR),檢錯糾錯(Error Detection And Correction ,EDAC� 1基于軟件的控制流檢測
2。本文主要采用前2種可靠性設(shè)�(jì)方法�
2.1 三模冗余(TMR)介�
三模冗余是指將目�(biāo)部件�(fù)制相成同的三個目�(biāo)部件來實(shí)�(xiàn)一個目�(biāo)部件的功能,三個目�(biāo)部件最終將通過一個判決器來判斷目�(biāo)部件的正確狀�(tài)。它利用的是相同一組部件同時出�(xiàn)錯誤概率較小的原理來�(shí)�(xiàn)可靠性的提高�
TMR可用于各種IP�(shè)�(jì)的各階段,既可以在系�(tǒng)級�(jìn)行冗余,也可以是局部冗��
2.2 糾錯檢錯(EDAC�
2.2.1 EDAC概述
EDAC可以用來檢測電子�(shè)備中由SEU引起的存儲為翻轉(zhuǎn)錯誤。EDAC的基本結(jié)�(gòu)包括3個部分:編碼模塊,解碼模塊,存儲模塊。其中EDAC編碼模塊將需要處理的�(shù)�(jù)�(jìn)行相�(guān)算法的編�,產(chǎn)生校�(yàn)�,與待處理數(shù)�(jù)一同存入存儲模�。數(shù)�(jù)需要讀出的時候,EDAC解碼模塊將數(shù)�(jù)與相�(yīng)校驗(yàn)碼�(jìn)行解碼處�,得出正確結(jié)�(gòu)。編碼與解碼所采用的編碼方式可以根�(jù)需要選�,如漢明�,奇�(quán)�,藤原英二碼等等�
2.2.2 漢明碼介�
下面以擴(kuò)�?jié)h明碼為例說明編碼糾錯檢錯的原�� �(kuò)�?jié)h明碼(Extended Hamming Code)在存儲系統(tǒng)的糾錯檢錯中得到了廣泛應(yīng)�。他的最小碼距是4,對于數(shù)�(jù)位數(shù) k,校�(yàn)位數(shù) r,他們之間的�(guān)系需滿足 2r-1 � k+r。如果數(shù)�(jù)� k增加一�,校�(yàn)� r也只需要增�1�,所以它具有相當(dāng)高的編碼效率� 8位數(shù)�(jù)�(jīng)�4位編碼后的數(shù)�(jù)�(jié)�(gòu)如下�
C= [D7D6D5D4D3D2D1D0C3C2C1C0]其中 D7~D0是數(shù)�(jù)�,C3~C0是校�(yàn)位:
C3= D7 ⊕D6 � D5 � D4 � C2= D7 ⊕D3 � D2 � D1� C1= D6 ⊕D5 � D3 � D2 � D0 � C0= D6 ⊕D4 � D3 � D1� D0
解碼時需�(jì)算存儲數(shù)�(jù)的伴隨向� S: S3= C3 ⊕CB3;S2= C2 ⊕CB2 ;S1= C1⊕CB1;S0= C0 ⊕CB0 其中 CB0,CB1,CB2,CB3� 8位數(shù)�(jù)在解碼時刻的校驗(yàn)�。根�(jù)算得的伴隨向� S我們就可以判斷�(shù)�(jù)位是否發(fā)生錯誤及錯誤�(fā)生的位置�
2.3 兩種糾錯方法的比�
TMR� EDAC都屬于硬件冗�,對于不同字長的存儲�,他們所占用的面積開銷和時間開銷是不同的。TMR所占用的面積開銷包括冗余的2個目�(biāo)器件以及判決器及附屬電路邏輯,EDAC所增加的面積開銷則包括了增加的校驗(yàn)�,編碼器,解碼器及附屬邏� 1。根�(jù)以上分析我們可以得出結(jié)�,對于保�(hù)寄存�,寄存器組等容量較小的存儲器件,TMR有實(shí)�(xiàn)簡單,增加面積較少的有點(diǎn)。而對于大容量的存儲器,則�(yīng)�(dāng)采用 EDAC來�(jìn)行糾錯檢��
3高可靠� 8051具體方案�(shè)�(jì)及實(shí)�(xiàn)通過� SEU的機(jī)理分析及 mc8051�(jié)�(gòu)分析可以得出,容易受到粒子輻射的�(guān)鍵部位有
3:特殊寄存器(Special Function Register ,SFR�,內(nèi)� ram,外� ram。本論文就上述三個模塊對 mc8051IP核�(jìn)行了該�(jìn)�
3.1特殊寄存器(SFR�
mc8051IP核的特殊寄存�(SFR)均在 control[_]mem文件中實(shí)�(xiàn)。該模塊�(shí)�(xiàn) 8051譯碼功能。SFR字節(jié)地址范圍�80H-FFH,他們在 RAM中并不是完全連續(xù)的,21� SFR離散的分布在上述字節(jié)區(qū)域的128個字節(jié)單元�。在mc8051IP核中并沒用將這些SFR�(shè)�(jì)在內(nèi)� ram�,而是對應(yīng)地址分別�(shí)�(xiàn)�。對 SFR的加固處理是采用� TMR技�(shù)。具體實(shí)�(xiàn)步驟如下�
綜合后結(jié)果截取如下圖�
3.2�(nèi)� RAM
� IP核可支持 128字節(jié)�(nèi)部RAM.� 2.3分析,方案采� TMR方式對內(nèi)� RAM�(jìn)行處�,選� 3個相同的 128字節(jié)� RAM作為冗余的存儲器,由 mc8051[_]ram[_]fsm� mc8051[_]ram[_]dataflow兩個模塊組成了�(nèi)� RAM的數(shù)�(jù)通路,其中前者完成寫�(yōu)先的讀寫狀�(tài)控制,后者完成數(shù)�(jù)流向控制。數(shù)�(jù)通路�(fù)�(zé)完成�(shù)�(jù)校驗(yàn)??刂仆放c�(shù)�(jù)通路組成�(nèi)� RAM接口邏輯。經(jīng)過仿真后�(nèi)� RAM接口�(jié)�(gòu)框圖及讀寫時序如下:
� 2(B)可看出:寫數(shù)�(jù)�,數(shù)�(jù)輸入后第二個周期被寫入RAM;讀�(shù)�(jù)�,讀指令被檢測到后的� 5個周期經(jīng)校驗(yàn)后的正確�(shù)�(jù)被輸出并且被回寫給RAM。在接入工程�(yīng)用時需將外部時鐘�(jìn)� 6倍頻以配� cpu讀寫時序�
3.3 外部 RAM
外部 RAM可以支持64K,同樣由 2.3分析,方案選取能� 1位錯� 2位錯的擴(kuò)�?jié)h明碼�(jìn)� EDAC處理。其�,數(shù)�(jù)處理單元完成�(shù)�(jù)的編�,解�,地址鎖存及數(shù)�(jù)輸出功能。讀寫狀�(tài)�(jī) FSM完成外部 RAM的讀寫狀�(tài)控制,同�,為配合 ram� IP軟核時序,我們將 FSM�(shè)�(jì)為寫�(yōu)�。仿真后� EDAC�(jié)�(gòu)框圖及讀寫時序如下:
需要指明的時上圖仿真時外部時鐘� 10Mhz,�(jīng)� altera公司 alt[_]PLL�(jìn)行了 6倍頻及相位調(diào)整,前一個寫指令未被�(zhí)行的原因� PLL需� 2� 3個時鐘周期的�(diào)整穩(wěn)定頻率輸�� EDAC模塊的讀寫時序與�(nèi)� RAM相似,寫�(shù)�(jù)時第 2個時鐘周期經(jīng)過處理后� 8位原�(shù)�(jù)以及 4位校�(yàn)�(shù)�(jù)一同被寫�(jìn) RAM,讀�(shù)�(jù)時,讀出的 12位數(shù)�(jù)�(jīng)過解碼糾正后在第 5個時鐘周期輸� 8位數(shù)�(jù)并將糾正后的 12位數(shù)�(jù)回寫�(jìn) RAM,以防止 SEE的積累。由時序圖可知以上設(shè)�(jì)完全符合�(shè)�(jì)要求�
3.4全系�(tǒng)仿真
在完成上述幾個方面的 IP定修改之后,� mc8051的頂層系�(tǒng)�(jìn)行了 modelsim的綜合前仿真,仿真部分結(jié)果如下:
仿真時將 ROM的初始化文件�(shè)置為 mc8051文檔中的 tc1.hex,方便與� IP核�(jìn)行對�。為� modelsim仿真�,我們已� altera� altera[_]mf庫加入到 modelsim庫文件中。在�(jìn)行功能仿真的時候調(diào)用了其中� alt[_]pll來�(jìn)行時鐘處�。在使用� IP核時可以根據(jù)具體采用的器件來完成倍頻的功能。以上時序完全正�,說明修改后� IP核與� IP核功能上等同�
4�(jié)�
本文在oreganosystems公司提供的開源mc8051IP軟核的基�(chǔ)上根�(jù)高可靠性航天電子設(shè)�(jì)的方法修改了部分模塊,實(shí)踐證明修改后的功能與� mc8051IP核完全相�,達(dá)到設(shè)�(jì)目的??梢愿鶕?jù)需要將 IP核綜合后生成的網(wǎng)表文件下載�(jìn)�(xiàn)場可編程邏輯器件� FPGA)或者�(jìn)行流片設(shè)�(jì)� ASIC,具備航天使用價�。本文創(chuàng)新點(diǎn):本文根�(jù)在研航天�(xiàng)目需要,定制了一種可適應(yīng)航天工作�(huán)境的微控制器 IP�。采用常用的容錯技�(shù)對普通商� IP核�(jìn)行了加固。該 IP核的成功改�,可以一定程度上減輕我國軍品級芯片對國外的依賴,提高了效�,為后續(xù)的研究積累了寶貴�(jīng)�(yàn)�
1971年英特爾公司三位象愛迪生一樣入選美國國家發(fā)明榮�(yù)展廳的發(fā)明家霍夫、麥卓爾和費(fèi)根發(fā)明了微處理器,霍夫是其中的靈活人��
1969年英特爾公司承接了日本商�(yè)通訊公司要求�(shè)�(jì)的一款計(jì)算器芯片,客戶提出至少要�12個芯片來組裝�(jī)��8月下旬的一個周�,霍夫在海灘游泳時突然產(chǎn)生了靈感,他�(rèn)為完全可以將中央處理單元(CPU)電路集成在一塊芯片上�
諾伊斯和摩爾支持他的想法,安排邏輯結(jié)�(gòu)專家麥卓爾和芯片�(shè)�(jì)專家�(fèi)根設(shè)�(jì)圖紙�1971�1月以霍夫?yàn)槭椎难兄菩〗M,完成了世界上個微處理器芯�。在3×4毫米的面積上集成�2250個晶體管,每秒運(yùn)算速度�(dá)6萬次。它意味著電腦CPU已經(jīng)縮微成一塊集成電�,即“芯片上的電腦”誕生了�
英特爾公司將塊微處理器芯片命名為4004,�4表示可以一次處�4位數(shù)�(jù),第二�4代表它是這類芯片的第4種型��1971�11�15日英特爾公司�(jīng)過慎重考慮,決定在《電子新聞》雜志上刊登一則廣�,向全世界公�4004微處理器,這一天也演變?yōu)槲⑻幚砥鞯恼Q生紀(jì)念日�
1972�4月霍夫小組研制出微處理器8008�1975年又推出了有史以來最成功�8位微處理�8080�8080集成了約4800個晶體管,每秒執(zhí)�29萬條指令�8080型微處理器正式投放市場是�1974年,這種芯片及其仿制品后來共賣掉�(shù)以百萬計(jì),引�(fā)了洶涌澎湃的微電腦熱��
在英特爾公司的帶動下�1975年摩托羅拉公司推出了8位微處理�6800�1976年費(fèi)根在硅谷成立了Zilog公司,同時宣布研制成�8位微處理器Z-80,從此微處理器芯片改變了世界�
八十年代初期Z80開始被引�(jìn)中國,北京工�(yè)大學(xué)生產(chǎn)了基于Z80的TP801單板�(jī),清華大�(xué)周明德教授編寫了配套的《微�(jī)原理及其�(yīng)用》教�,株洲電子研究所與香港金山公司合作推出了CMC-80雙板�(jī),Z80在八十年代風(fēng)靡整個中國大��
而后以復(fù)旦大�(xué)�(jì)算機(jī)系陳章龍和涂時亮教授為核心的開發(fā)�(tuán)�(duì),推出了基于Intel公司MCS-48、MCS-51系列微控制器的仿真器,與此同時在上海�(fā)起成立了中國單片�(jī)�(xué)�。在陳章龍和何立民等教授的推動下,組織編寫了一系列單片�(jī)�(yīng)用圖書,為發(fā)展我國的單片�(jī)�(yīng)用事�(yè)不計(jì)報酬奔赴各地推廣,作為我國單片機(jī)�(yīng)用技�(shù)的奠基人,他們當(dāng)之無��
其間江蘇啟東�(jì)算機(jī)廠通過購買�(fù)旦大�(xué)�(jì)算機(jī)系的成果在全國展開單片機(jī)的普及推廣和市場營銷,全國掀起了一股微�(jī)�(yīng)用熱潮,啟東人功不可��
其后Atmel、PHILIPS(現(xiàn)更名為NXP)推出了新一代內(nèi)置Flash技�(shù)80C51系列單片�(jī),各地大�(xué)開始紛紛開設(shè)單片�(jī)原理及其�(yīng)用課�,加速了我國單片�(jī)�(yīng)用技�(shù)的發(fā)��
九十年代全球各大半導(dǎo)體開始陸�(xù)�(jìn)入中國市�,推出了各種性能�(yōu)異的單片�(jī),其中的佼佼者主要有NXP、TI、Atmel、Microchip�,單片機(jī)開始大批量商�(yè)化應(yīng)用各行各�(yè)�
由于半導(dǎo)體技�(shù)的大�(fā)�,以及網(wǎng)�(luò)技�(shù)的與時俱�(jìn),現(xiàn)階段微處理器開始�8位單片機(jī)�32位嵌入式系統(tǒng)技�(shù)快速邁�(jìn),基于ARM核的CPU芯片成為了主流,嵌入式操作系�(tǒng)成為了常�(guī)技�(shù),從此開啟了中國嵌入式系�(tǒng)�(yīng)用事�(yè)的新紀(jì)元�
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