公路車流量檢測系統(tǒng)方案分析

1引言

SPARC(Scalable Processor Architecture)，是任何人或公司都能準(zhǔn)許和使用其于微處理器和半導(dǎo)體發(fā)展的開發(fā)技術(shù)規(guī)格。SPARC誕生與SUN Microsystems實驗室公司，它是加州大學(xué)伯克利的研究人員在RISC技術(shù)上研究發(fā)展起來的。 1985年Sun微系統(tǒng)公司為了獲得更高的執(zhí)行效率和更為優(yōu)化的編譯器，并滿足其縮短開發(fā)周期、迅速投放市場的要求，提出了該體系結(jié)構(gòu)。該公司本身并不進行集成電路的設(shè)計和生產(chǎn)，而是由多家半導(dǎo)體廠商以不同的VLSI實現(xiàn)為其進行生產(chǎn)。最終只要求用這些不同芯片構(gòu)成的系統(tǒng)均保證程序二進制兼容。這使得廠家能充分發(fā)揮自己的特長進一步改進工藝技術(shù)、提高性能。可以說SPARC是一個開放的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，允許公眾制造商的加入。1987年，Sun和TI公司合作開發(fā)了RISC微處理器SPARC。1989年，SUN Microsystems轉(zhuǎn)移SPARC規(guī)范到一個獨立、非盈利組織，用于服務(wù)成員開發(fā)認(rèn)證。從最早的32位SPARC V7，到32位SPARC V8(哈佛結(jié)構(gòu))，一直發(fā)展到目前的64位SPARC V9(超標(biāo)量)，使SPARC體系的 RISC微處理器得到廣泛的發(fā)展。SPARC微處理器最突出的特點就是它的可擴展性，這是業(yè)界出現(xiàn)的第一款有可擴展性功能的微處理，SPARC的推出為 Sun贏得了高端微處理器市場的領(lǐng)先地位。Sun公司以其性能優(yōu)秀的工作站聞名，這些工作站全都是采用Sun公司自己研發(fā)的SPARC芯片。

航天計算機是航天設(shè)備控制的中樞神經(jīng)，隨著航天工程復(fù)雜性的不斷提高，設(shè)備對計算機的要求越來越高。航天電子產(chǎn)品不但要耐火箭起飛時的沖擊、振動等苛刻的力學(xué)環(huán)境，而且要承受宇宙空間的高溫、低溫、高真空、高輻射等極端條件;另外，由于在空間環(huán)境條件下，電子產(chǎn)品的可維護性非常差，而且一旦發(fā)生故障，其后果往往比較嚴(yán)重，甚至是致命的。因此相對于普通計算機，其可靠性要求更高。

在航天領(lǐng)域，美國現(xiàn)在使用的最高端的星載計算機，采用的是基于POWERPC體系結(jié)構(gòu)的。歐空局為了擺脫美國對其空間研發(fā)能力的制約而獨立開發(fā)了基于SPARC V7機構(gòu)的面向空間應(yīng)用的微處理器：ERC32，其輻射加固版本已經(jīng)成熟使用于航天環(huán)境中。06年5月22日，基于LEON SPARC V8的處理器也成功使用于航天工程?？梢哉fSPARC體系結(jié)構(gòu)的 CPU在今后的航天計劃中將發(fā)揮更大作用。

盡管國內(nèi)的IC研發(fā)和設(shè)計水平同國際先進水平相比還存在著較大的差距。但是，隨著國內(nèi)半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)已能生產(chǎn)出可以在空間環(huán)境應(yīng)用的處理器，有些處理器已有在軌飛行的經(jīng)歷，但基于這些處理器的航天計算機性能比較低，處理能力不超過 11MIPS，性能功耗比小，重量體積又偏大，不能適應(yīng)我國航天工程未來的發(fā)展。近年來，我國加速了軍用器件國產(chǎn)化的步伐，研制出了較高性能的處理器，本設(shè)計采用的國產(chǎn)CPU是32位RISC處理器，主頻150MHz，處理能力80MIPS@133MHz，這款CPU是目前國產(chǎn)的可在空間應(yīng)用的CPU中性能比較高的。本處理器基于SPARC V8 體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用AMBA總線可擴展結(jié)構(gòu)，帶有32kb指令緩存和32kb數(shù)據(jù)緩存。功耗低于1瓦，具有檢錯和糾錯功能，支持對寄存器堆和外部存儲器的EDAC，以及Cache的奇偶校驗。芯片采用0.18um CMOS工藝，抗γ總劑量：100Krad(Si)。

2 硬件實現(xiàn)方案

2.1 總體設(shè)計

本設(shè)計考慮到計算機的可擴展性，采用底板、主板、電源板分離，并在底板上預(yù)留了兩個擴展插槽，便于將來功能擴展時使用。

圖1 計算機總體框架圖

2.2 CPU主板設(shè)計

由于1553B總線具有極高的可靠性，因而在航空、航天、軍事等領(lǐng)域的電子聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。1553B總線具有以下優(yōu)點：類似局域網(wǎng)結(jié)構(gòu);冗余容錯能力：支持“智能”遠(yuǎn)置終端;高可靠的故障隔離性能;實時可確定性。本設(shè)計中引入1553B總線。

圖2 CPU主板框架圖

主板的布線要主要電磁兼容的影響，采用六層電路板，布線時主要電源分割和多層走線策略。另外用一片小的CPLD可以將簡單電路集成其中，簡化電路復(fù)雜程度。

2.3 其它硬件設(shè)計

電源板的設(shè)計，要考慮到為本系統(tǒng)提供高效和穩(wěn)定的電源。本系統(tǒng)電路較復(fù)雜，電源板要提供多個電平的電源給系統(tǒng)使用。底板的設(shè)計較為簡單，它把整個系統(tǒng)集成到一起。而擴展板設(shè)計主要是為了具體工程和項目需求而進行更改設(shè)計。

圖3 系統(tǒng)實物圖