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Neuron多處理器芯片及其應用
摘要：Neuron芯片是美國Mitorola公司和日本Toshiba公司制造的一種多處理器結構的神經元芯片。它將通信協議和控制用微處理器有效地集成在一起，實現通信、控制、調度和I/O等功能。本文以MC134150為例，介紹有關Neuron芯片的基本結構和組成、LonTalk協議以及應用系統的組成方式等。一、Neuron芯片的基本組成
Neuron芯片作為一種多處理器結構的神經元芯片，有著完整的系統資源，如圖1所示，其內部集成有三個管線CPU，最高工作頻率可達10MHz。它設置有11編程輸入、輸出引腳（IO1～IO10），編程方法多達34種，方便了實現應用。片內設有EEPROM和RAM，支持有外部擴展多種存儲器的接口，最大存儲空間允許有64KB。內部含有兩個16位定時器/計數器，能夠由固件產生15個軟件定時器。Neuron芯片的長處還在于它的網絡通信功能，引出的五個通信引腳（CP0～CP4）提供了單端、差分和特殊應用模式等三種網絡通信方式。
1.處理器單元
Neuron芯片集成有三個處理器，其中一個用于執行用戶編寫的應用程序，另外兩個完成網絡任務。圖2示意了Neuron芯片內三個處理器的功能分配及與內部共享存儲器區域之間的關系。
（1）MAC處理器是媒體訪問控制層處理器。它處理OSI七層網絡協議中的1，2層，主要包括驅動通信子系統硬件以及執行沖突回避算法等。MAC處理器使用位于共享存儲器中的網絡緩沖區與網絡處理器進行通信。
（2）網絡處理器實現網絡協議中的3～6層。它實現網絡變量處理、尋址、事務處理、文電鑒別、軟件定時器、網絡管理和路由等功能。網絡處理器通過共享存儲器中的網絡緩沖區與MAC處理器通信，并采用應用緩沖區與應用處理器進行通信。應用緩沖區也是設置在共享存儲器中的。對緩沖區的訪問都用硬件信號燈來協調，以便在更新共享數據時消除競爭。
（3）應用處理器一方面執行用戶編寫的應用程序代碼，另一方面執行由用戶代碼所調用的操作系統服務。大多數應用程序均可采用Neuron C語言來編制，使編程工作真正從繁瑣的匯編語言中解脫出來。
2.存儲器分配
MC143150的外擴存儲器接口總線中，
有8位雙向數據總線、16位處理器驅動的地址總線以及用于外部存儲器存取訪問的兩個接口信號線R/W和E。總的地址空間為64KB，其中有6KB的地址空間保留在芯片內，剩余的58KB的地址空間供外擴存儲器使用。在外擴存儲器中，通常用16KB存放固件，其余的42KB用于存放用戶程序和數據信息。
3.應用I/O口
具有11個引腳的I/O接口提供有34種編程方式，另外，2個16位定時器/計數器可用于頻率和定時I/O。由固件產生的15種軟件定時器并不占用應用處理器的運算時間，而由完成網絡功能的處理器實現。因此，用戶可直接使用軟件定時器，不必考慮其具體操作。
Neuron芯片提供的11個I/O引腳（IO0～IO10）可通過編程設定為34種不同的I/O對象，支持電平、脈沖、頻率、編碼等各種信號模式，有直接I/O對象、定時器/計數器I/O對象、串行I/O對象、并行I/O對象等供用戶選擇。它們與集成的硬件和固件一起可用于連接馬達、閥門、顯示驅動器、A/D轉換器、壓力傳感器、熱敏電阻、開關量、繼電器、可控硅、轉速計、其他處理器和調制解調器等，方便了實際應用。表1列舉了所有I/O對象的基本類型。
表1 I/O對象類型參照表
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