對(duì)智能控制器核心部件的認(rèn)識(shí)

#對(duì)智能控制器核心部件的認(rèn)識(shí)院系：機(jī)電信息學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：0904姓名：林媛學(xué)號(hào)：0901120402對(duì)智能控制器核心部件的認(rèn)識(shí)智能控制器(intelligentcontroller)是指嵌入微處理器并與現(xiàn)場(chǎng)總線連接的控制閥門開(kāi)關(guān)的控制部分它與執(zhí)行機(jī)構(gòu)一起不僅具有執(zhí)行器的功能,而且還具有自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、微電子、現(xiàn)實(shí)與界面、通信技術(shù)等，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。智能控制器核心部件主要是由三大核心部件組成：ARM處理器(AdvancedRISCMachines，簡(jiǎn)稱ARM)。數(shù)字信號(hào)處理DSP(DigitalSignalProcessing，簡(jiǎn)稱DSP)?？删幊踢壿嬈骷LD(ProgrammableLogicDevice，簡(jiǎn)稱PLD)。ARMARM(AdvancedRISCMachines)，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。ARM處理器是一個(gè)32位元精簡(jiǎn)指令集(RISC)處理器架構(gòu),其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。目前的ARM有多種系列，而常用的主要有:ARM7系列,ARM9系列,ARM9E系列ARM10E系列，SecurCore系列，Intel的Xscale，Intel的StrongARMARM11系列。其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。ARM處理器的特點(diǎn)：體積小、低功耗、低成本、高性能；2?支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；指令長(zhǎng)度固定。ARM寄存器的結(jié)構(gòu)：ARM處理器共有37個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組(BANK)，這些寄存器包括：31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器(PC指針)，均為32位的寄存器。6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí)CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。ARM的指令結(jié)構(gòu)：ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令為32位的長(zhǎng)度，Thumb指令為16位長(zhǎng)度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可節(jié)省30%?40%以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。ARM的體系結(jié)構(gòu)：CISC(ComplexInstruetionSetComputer，復(fù)雜的指令集計(jì)算機(jī))。在CISC指令集的各種指令中，大約有20%的指令會(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)程序代碼的80%。而余下的80%的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計(jì)中只占20%。RISC(ReducedInstruetionSetComputer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長(zhǎng)度固定，指令格式和尋地方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等。RISC指令集應(yīng)具有如下特點(diǎn)：采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有2?3種。使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載/存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗。所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率?？捎眉虞d/存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率?？稍谝粭l數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移位處理。在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來(lái)提高運(yùn)行效率。DSP數(shù)字信號(hào)處理(DigitalSignalProcessing，簡(jiǎn)稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是一種通過(guò)使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來(lái)處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示。是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接受模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。在過(guò)去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。DSP的特點(diǎn)包括，通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的用戶界面，可以將廣告互換和其他媒體提供者連接；自動(dòng)化的競(jìng)標(biāo)管理功能，一般包含了實(shí)時(shí)的競(jìng)標(biāo)系統(tǒng)；捕捉和管理品牌數(shù)據(jù)及提高目標(biāo)客戶群的第三方數(shù)據(jù)的能力；結(jié)合所有媒體資源，控制預(yù)算和競(jìng)爭(zhēng)率；通過(guò)多媒體供應(yīng)商，完全集成競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的性能報(bào)告。DSP微處理器（芯片）一般具有如下主要特點(diǎn)：在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)；片內(nèi)具有快速RAM,通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)；具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；快速的中斷處理和硬件I/O支持；具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；支持流水線操作,使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。當(dāng)然,與通用微處理器相比,DSP微處理器（芯片）的其他通用功能相對(duì)較弱些。其優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)元件值的容限不敏感,受溫度、環(huán)境等外部因素影響??；容易實(shí)現(xiàn)集成；VLSI可以分時(shí)復(fù)用,共享處理器；方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波；可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級(jí)聯(lián)、易于存儲(chǔ)等；可用于頻率非常低的信號(hào)。其缺點(diǎn)是：需要模數(shù)轉(zhuǎn)換；受采樣頻率的限制,處理頻率范圍有限；數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成,沒(méi)有無(wú)源設(shè)備可靠。但是其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)缺點(diǎn)。DSP的應(yīng)用：A.語(yǔ)音處理：語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音增強(qiáng)、語(yǔ)音郵件、語(yǔ)音儲(chǔ)存等。B.圖像/圖形：二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像識(shí)別、動(dòng)畫、機(jī)器人視覺(jué)、多媒體、電子地圖、圖像增強(qiáng)等。C.軍事：保

密通信、雷達(dá)處理、聲吶處理、導(dǎo)航、全球定位、跳頻電臺(tái)、搜索和反搜索等。D.儀器儀表：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、地震處理等。E.自動(dòng)控制：控制、深空作業(yè)、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人控制、磁盤控制等。F.醫(yī)療：助聽(tīng)、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護(hù)、心電圖等。G.家用電器：數(shù)字音響、數(shù)字電視、可視電話、音樂(lè)合成、音調(diào)控制、玩具與游戲等。PLD可編程邏輯器件(ProgrammableLogicDevice,簡(jiǎn)稱PLD)器件的功能不是固定的，而是根據(jù)用戶的需要進(jìn)行編程，以確定器件的邏輯功能。邏輯包括組合邏輯和時(shí)序邏輯。PLD器件的基本結(jié)構(gòu)：輸入緩沖電路輸出緩沖電路輸入緩沖電路輸出緩沖電路PLD器件的分類：1、按集成度劃分：低集成度芯片。早起出現(xiàn)的PROM、PAL、可重復(fù)編程的GAL都屬于這類，可重構(gòu)使用的邏輯門數(shù)大約在500門以下，稱為簡(jiǎn)單PLD。高集成度芯片。如現(xiàn)在大量使用的CPLD高集成度芯片。如現(xiàn)在大量使用的CPLD、FPGA器件，稱為復(fù)雜PLD。2、按結(jié)構(gòu)劃分：(1)乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)器件。其基本結(jié)構(gòu)為“與-或”陣列的器件，大部分簡(jiǎn)單PLD和CPLD都屬于這個(gè)范疇。(2)查找表結(jié)構(gòu)器件。由簡(jiǎn)單的查找表組成可編程門，再構(gòu)成陣列形式。大多數(shù)FPGA是屬于此類器件。PLD器件介紹：可編程只讀存儲(chǔ)器PROM(ProgrammableReadOnlyMemory)；可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)；電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM(EletricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory)。編程數(shù)據(jù)只能寫一次，內(nèi)部陣列可編程，與陣列和輸出陣列固定?？删幊剃嚵羞壿婸LA(ProgrammableLogicArray)與、或陣列可編程，編程數(shù)據(jù)這可以寫一次?？删幊剃嚵羞壿婸AL(ProgrammableArrayLogic)與陣列可編程，輸出電路固定。4．通用邏輯陣列GAL(GenericArrayLogic)與陣列可編程，或陣列固定。復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)一般CPLD器件至少包含邏輯陣列塊LAB、可編程的互連矩陣PIA、輸入/輸出控制塊等幾部分現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA(FieldProgrammableGateArray)FPGA芯片主要包括，分別為：可編程輸入輸出單元CLB、可