[科普中国]-中央处理器插件

中央处理器插件，是一种遵循一定规范的应用程序接口用计算机的核心配件编写出来的程序。

用“052A”微机检测CDMC一1色谱数据处理机CDMC一1色谱数据处理机是我所大批量生产的微计算机，为了提高质量，消除人为因素，试验用微计算机来进行功能测试、精度考核与故障诊断，将叙述052A如何测试CDMC一1机的原理，硬件结构与测试程序的编制。1

CPU插件的构成与联接讯号主要部件1 、中央处理机CPU- —采用18085，时钟频率为2.048MHz。

2 、可改写只读存贮器ROM— 采用12716，5个。总容量为8位x10K字节。占内存空间为0000至27FFH。

3 、随机存贮器RAM — 采用I 2114，8个。总量为8位x4K字节，占内存空间为4000至4FFH。

4 、双向数据总线缓冲器—采用18216，2个。

5、输人/输出口与存贮器选择器—其作用为把高位地址线译码形成存贮器片选讯号与输人/输出口选择讯号。

与I/0插件的联接讯号

1、8位双向数据总线DB0~DB1；

2、输人/输出口选择讯号6个代号为Y0~Y5(对应的以16 进制表示的口号为48一4D)；

3、输入口读讯号(IOR)与输出口写讯号(IOW)。1

测试接口为了防止被测系统的故障而损坏主控计算机，为了形成必须的控制讯号，重新安排存贮空间，附加上讯息发送口与讯息回收口，必须加上测试接口。

1、控制讯号的形成

在测试时把被测系统的中央处理器i8085A拔掉，由主控计算机的地址、数据、控制三总线组成的插头插在被测系统i8085A的位置上，这个插头代替了原被测系统中央处理器的作用，原被测系统的RAM、ROM、I/O口已被主控计算机看作为自己的部件，因此理想的情况是被测系统与主控系统的中央处理器是一样的，都是8085A，然而只有以8080A作中央处理器的052系列，由于i8080A与i8085A的输人与输出脚有较大的区别，因此附加了些逻辑电路，用8080A的讯号转换成8085A所要求的方式。

2、内存贮器空间的重新安排

052A机的ROM区间是0000至13FFH CDMC一1机的区间是0000至27FFH，因此若不加任何措施，在测试时在0000至13FFH区间，可同时选中二个存贮单元，这是绝对不允许的，由于052A机在4000至7FFFH区间是一 个空区间，可以允许CDM一1的存贮器进人，因此用控制隔离门作为控制讯号，在052A机与CDMC一1机的数据总线之间加了隔离门，又附加了可预置的反相/同相器。

3、双向数据总线的测试

为了测试CDMC一1机CPU，插件上的双向数据总线的功能在测试接口上加了二组输人/输出口，当要检查CDMC一1数据总线的“输出”功能时，要从052A机数据总线输出一组数据经过CDMC一1机的8085A插座再通过CDMC一1机的数据总线，将输出的数据寄存在“写寄存器”上，然后052A机再执行输入指令通过025A数据总线读“ 读控制门”的内容，再与原输出的内容比较，检查两者是否一致，若要检查CDMC一1机CPU插件数据总线的“读”功能时先在“写寄存器 ”置一个内容然后再通过CDMC一1机数据总线读回来。1

ARM的便携式多参数监护仪研制的便携式多参数监护仪具有插件式结构，体积小、功耗低、功能强。在处理器的选取上上位机中央处理器采用了新型的ARM920T内核处理器，该处理器具有丰富的数字资源，快捷的运算速度，极低的功耗，极大地提高了系统的性能，满足了便携式系统的要求，并且为操作系统架构奠定了基础。2

ARM处理器特点设计采用了ARM内核的微处理器。首先，系统的具有较大复杂性，并且要具有一定的可扩展性，因而需要集成更多的I/O口和外设；其次，代码增大需要更多的存储器(或者说更高的存储器利用率)；对于同一代码，ARM的RISC特性又使其所需的闪存空间与常用的8位MCU-8051相比要低的多，与其他8位MCU内核相差无几。第三，低端ARM芯片与中端16位和高端8位MCU的价格相当，并且仍不断下降。第四，ARM低功耗、小体积的特点很适合于便携式应用。

采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点:

(1)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；

(3)大量使用寄存器，指令执行速度更快；

(4)大多数数据操作都在寄存器中完成；

(5)寻址方式灵活简单，执行效率高；

(6)指令长度固定。

ARM处理器是向2个发展方向发展的，一方面他向高档快速单片机发展，典型的芯片44b0x、4510和2104，主要应用领域是简单的控制方面。这个方面的发展方向其实非常明确，即高集成度高速度两个特点，这样的设计有利于控制产品制造综合成本以及降低项目研发风险。在软件方面可以采用简单的嵌入式操作系统如μc-linux，vxworks，μc-osII等等，也可以像单片机一样进行直接编程使用。

另外一个方面，ARM处理器向桌面计算机功能发展，他的功能和使用更像是一台桌面PC或者更像是一台工控机，具备所有PC机的基本功能。软件开发方面从表面上看是复杂的多了，但是从实际开发中看是分工更加明确了，这种系统与单片机系统不同，类似与全功能的PC系统，不是简单的单片机系统。它带有虚拟内存管理模块(MMU)，寻址范围得到扩展可以接硬盘这样的存储设备。硬件设计相对麻烦，高速设备较多如DDR高速内存，USB2.0接口，总线速度可以采用133M、266M等。由于有MMU，所以可以完全跑在复杂嵌入式操作系统上如wince，linux等等，但是需要BSP底层软件支持，类似于PC机的BIOS，需要操作系统的支持。2

ARM处理器优势ARM7和ARM9是ARM处理器中应用较多、技术成熟的两大系列ARM芯片。相比较而言，ARM9系列处理器无论从处理速度、外设接口以及应用范围等方面都更胜一筹。Intel的Xscale系列处理器，虽然各方面性能比较突出，但是其较高的定位，并不适合于大多数应用场合。而ATMEL生产的AT91RM9200处理器，定位于工业过程控制，外设接口不够齐全。选择了SAMSUNG的S3C2410X(以下均简称2410)作为系统的嵌入式处理器。这是一款以ARM920T为核心的嵌入式处理器，面向低端应用。该芯片具有较高的处理速度，通过内部的锁相环，最高可在266MHz的系统时钟下运行。2410核电压为1.8V供电，外围I/O口使用3.3V的电压，具有3种低功耗控制方式，甚至可以把CPU中除了唤醒逻辑之外的所有功能都关闭，极大地降低了功耗。与其他的ARM芯片相比，2410在片上集成了更多外设接口。例如：外部存储器控制器；LCD，DMA，USB1.1，SD，MMC卡控制器，UART，SPI接口；I2C总线控制器和IIS总线控制器，PWM定时器，看门狗，117个外部I/O口，24个外部中断源，ADC和触摸屏接口，实时时钟以及片上PLL的时钟产生等。使用集成的接口，可方便地进行功能扩展。2410另一个优点是具有小巧的外形，嵌入式应用希望硬件尺寸越小越好2410采取了uBGA封装，整个芯片大小仅为14mm×14mm，相当于普通人拇指指甲的大小。虽然在如此小的体积上，集成了如此之多的功能，但其价格与普通处理器相当。从各种方面考虑，2410具有极高的性价比以及应用价值，且易于开发和功能扩展，因此很适合作为嵌入式系统的中央处理器。2

系统结构系统以ARM为上位机核心处理器，为了提高多参数监护仪的性能价格比，采用插件式结构，模块通常采用独立处理器单元，介绍的心电模块，各个模块可以根据需要集成于监护仪中，通过模块自身的处理器预处理信号后送入主机总线。插件式监护仪特点是模块化的硬件和软件便于功能扩展和软件升级，而且便于修理。插件式监护仪的监测模块及参数的选择可视临床需要灵活选择，由于每个或每组监测参数都有自己独立的模块，这些模块不仅能在同一监护仪的不同插件位置上任意置换，还能在监护仪间相互置换。整个系统由多个独立的模块、ARM最小系统、人机交互部分(包括显示和键盘)、声光报警、扩展存储器、网络接口和扩展部分组成。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所