对智能控制器核心部件的认识

#对智能控制器核心部件的认识院系：机电信息学院专业：电气工程及其自动化班级：0904姓名：林媛学号：0901120402对智能控制器核心部件的认识智能控制器(intelligentcontroller)是指嵌入微处理器并与现场总线连接的控制阀门开关的控制部分它与执行机构一起不仅具有执行器的功能,而且还具有自动控制、计算机、微电子、现实与界面、通信技术等，同时可以实现网络化管理。智能控制器核心部件主要是由三大核心部件组成：ARM处理器(AdvancedRISCMachines，简称ARM)。数字信号处理DSP(DigitalSignalProcessing，简称DSP)。可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice，简称PLD)。ARMARM(AdvancedRISCMachines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。ARM处理器是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计中。目前的ARM有多种系列，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为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。ARM处理器的特点：体积小、低功耗、低成本、高性能；2•支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。ARM寄存器的结构：ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组(BANK)，这些寄存器包括：31个通用寄存器，包括程序计数器(PC指针)，均为32位的寄存器。6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。ARM的指令结构：ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30%〜40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。ARM的体系结构：CISC(ComplexInstruetionSetComputer，复杂的指令集计算机)。在CISC指令集的各种指令中，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。RISC(ReducedInstruetionSetComputer，精简指令集计算机)RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等。RISC指令集应具有如下特点：采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2〜3种。使用单周期指令，便于流水线操作执行。大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗。所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。DSP数字信号处理(DigitalSignalProcessing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接受模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。DSP的特点包括，通过一个独立的用户界面，可以将广告互换和其他媒体提供者连接；自动化的竞标管理功能，一般包含了实时的竞标系统；捕捉和管理品牌数据及提高目标客户群的第三方数据的能力；结合所有媒体资源，控制预算和竞争率；通过多媒体供应商，完全集成竞争对手的性能报告。DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点：在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；快速的中断处理和硬件I/O支持；具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；可以并行执行多个操作；支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。当然,与通用微处理器相比,DSP微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。其优点是：对元件值的容限不敏感,受温度、环境等外部因素影响小；容易实现集成；VLSI可以分时复用,共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。其缺点是：需要模数转换；受采样频率的限制,处理频率范围有限；数字系统由耗电的有源器件构成,没有无源设备可靠。但是其优点远远超过缺点。DSP的应用：A.语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。B.图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。C.军事：保

密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。D.仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。E.自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。F.医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。G.家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。PLD可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevice,简称PLD)器件的功能不是固定的，而是根据用户的需要进行编程，以确定器件的逻辑功能。逻辑包括组合逻辑和时序逻辑。PLD器件的基本结构：输入缓冲电路输出缓冲电路输入缓冲电路输出缓冲电路PLD器件的分类：1、按集成度划分：低集成度芯片。早起出现的PROM、PAL、可重复编程的GAL都属于这类，可重构使用的逻辑门数大约在500门以下，称为简单PLD。高集成度芯片。如现在大量使用的CPLD高集成度芯片。如现在大量使用的CPLD、FPGA器件，称为复杂PLD。2、按结构划分：(1)乘积项结构器件。其基本结构为“与-或”阵列的器件，大部分简单PLD和CPLD都属于这个范畴。(2)查找表结构器件。由简单的查找表组成可编程门，再构成阵列形式。大多数FPGA是属于此类器件。PLD器件介绍：可编程只读存储器PROM(ProgrammableReadOnlyMemory)；可擦除可编程只读存储器EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)；电可擦除可编程只读存储器EPROM(EletricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory)。编程数据只能写一次，内部阵列可编程，与阵列和输出阵列固定。可编程阵列逻辑PLA(ProgrammableLogicArray)与、或阵列可编程，编程数据这可以写一次。可编程阵列逻辑PAL(ProgrammableArrayLogic)与阵列可编程，输出电路固定。4．通用逻辑阵列GAL(GenericArrayLogic)与阵列可编程，或阵列固定。复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)一般CPLD器件至少包含逻辑阵列块LAB、可编程的互连矩阵PIA、输入/输出控制块等几部分现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammableGateArray)FPGA芯片主要包括，分别为：可编程输入输出单元CLB、可