摘要：Neuron芯片是美国Mitorola公司和日本Toshiba公司制造的一种多处理器结构的神经元芯片。它将通信协议和控制用微处理器有效地集成在一起，实现通信、控制、调度和I/O等功能。本文以MC134150为例，介绍有关Neuron芯片的基本结构和组成、LonTalk协议以及应用系统的组成方式等。 关键词：神经元芯片 多处理器 Neuron固件一、Neuron芯片的基本组成Neuron芯片作为一种多处理器结构的神经元芯片，有着完整的系统资源，如图1所示，其内部集成有三个管线CPU，最高工作频率可达10MHz。它设置有11编程输入、输出引脚（IO1～IO10），编程方法多达34种，方便了实现应用。片内设有EEPROM和RAM，支持有外部扩展多种存储器的接口，最大存储空间允许有64KB。内部含有两个16位定时器/计数器，能够由固件产生15个软件定时器。Neuron芯片的长处还在于它的网络通信功能，引出的五个通信引脚（CP0～CP4）提供了单端、差分和特殊应用模式等三种网络通信方式。
1.处理器单元Neuron芯片集成有三个处理器，其中一个用于执行用户编写的应用程序，另外两个完成网络任务。图2示意了Neuron芯片内三个处理器的功能分配及与内部共享存储器区域之间的关系。（1）MAC处理器是媒体访问控制层处理器。它处理OSI七层网络协议中的1，2层，主要包括驱动通信子系统硬件以及执行冲突回避算法等。MAC处理器使用位于共享存储器中的网络缓冲区与网络处理器进行通信。（2）网络处理器实现网络协议中的3～6层。它实现网络变量处理、寻址、事务处理、文电鉴别、软件定时器、网络管理和路由等功能。网络处理器通过共享存储器中的网络缓冲区与MAC处理器通信，并采用应用缓冲区与应用处理器进行通信。应用缓冲区也是设置在共享存储器中的。对缓冲区的访问都用硬件信号灯来协调，以便在更新共享数据时消除竞争。（3）应用处理器一方面执行用户编写的应用程序代码，另一方面执行由用户代码所调用的操作系统服务。大多数应用程序均可采用Neuron C语言来编制，使编程工作真正从繁琐的汇编语言中解脱出来。2.存储器分配MC143150的外扩存储器接口总线中，有8位双向数据总线、16位处理器驱动的地址总线以及用于外部存储器存取访问的两个接口信号线R/W和E。总的地址空间为64KB，其中有6KB的地址空间保留在芯片内，剩余的58KB的地址空间供外扩存储器使用。在外扩存储器中，通常用16KB存放固件，其余的42KB用于存放用户程序和数据信息。3.应用I/O口具有11个引脚的I/O接口提供有34种编程方式，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，不必考虑其具体操作。Neuron芯片提供的11个I/O引脚（IO0～IO10）可通过编程设定为34种不同的I/O对象，支持电平、脉冲、频率、编码等各种信号模式，有直接I/O对象、定时器/计数器I/O对象、串行I/O对象、并行I/O对象等供用户选择。它们与集成的硬件和固件一起可用于连接马达、阀门、显示驱动器、A/D转换器、压力传感器、热敏电阻、开关量、继电器、可控硅、转速计、其他处理器和调制解调器等，方便了实际应用。表1列举了所有I/O对象的基本类型。
表1 I/O对象类型参照表I/O对象类型注 释Bit input/output位输入/输出Bitshift input/output位称输入/输出Byte input/output字节输入/输出Dualslope input双积分输入Edgedivide output脉冲沿分离输出Edgelog input边沿跳变时间间隔序列输入Frequency output频率输出I2C input/outputI2C输入/输出Infrared input远红外输入Leveldetect input电平监测输入Magcard input磁卡编码输入Magtrackl input经录入1输入Muxbus input/output多总线输入/输出Neurowire input/output神经元接口输入/输出Nibble input/output半字节输入/输出Oneshot output单稳输出Ontime input逻辑电持续时间输入Parallel input/output并行输入/输出Preiod input周期输入Pulsecount input脉冲计数输入Pulsecount output脉冲计数输出Pulsewidth output脉宽输出Quadrature input位置码盘输入Serial input/output串行输入/输出Totalcount input累加计数输入Touch input/output触点输入/输出Triac output触发输出Triggeredcount output计数触发输出Wiegand input维甘德输入4.通信口由CP0～CP4组成的通信接口，允许工作在单端或差分模式，既可直接驱动，也可外接变压器驱动或外接485总线驱动。传输速率的选择范围为0.6kb/s～1.2Mb/s。5.附加功能Neuron芯片具有睡眠/唤醒电路、看门狗定时器和服务引脚等附加功能。（1）Neuron芯片可以在软件控制下进入低耗的睡眠状态，此时，振荡器系统时钟、通道端口所用的定时器/计数器均关闭。但是，所有的状态信息（包括内部RAM中的内容）都保留，这样可以降低系统功耗。（2）Neuron芯片中的处理器由三个看门狗定时器保护，主要针对软件错误或存储器错误。若系统软件或应用软件不能周期性地复位些定时器，则整个神经元芯片将被自动复位。在10MHz时钟下，看门狗定时器大约持续0.84s。（3）Service引脚在芯片固件的控制下，为配置和安装含有芯片的节点时使用。该引脚的可编程上拉电阻由应用软件选择。二、Neuron固件Neuron芯片的固件主要包括基于OSI参考模型的LonTalk协议、I/O驱动程序、事件驱动的多任务调试程度以及函数库等部分。其中的LonTalk协议具有通用性，支持多种媒体和多种网络拓扑结构，并提供多种服务。LonTalk协议可使控制信息在各种介质中可靠地传输。表2列出了LonTalk与OSI 7层协议之间的比较，以及与Neuron芯片中三个处理器之间的关系。