公路車(chē)流量檢測系統方案分析

1引言

SPARC(Scalable Processor Architecture)，是任何人或公司都能準許和使用其于微處理器和半導體發(fā)展的開(kāi)發(fā)技術(shù)規格。SPARC誕生與SUN Microsystems實(shí)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(lái)的。 1985年Sun微系統公司為了獲得更高的執行效率和更為優(yōu)化的編譯器，并滿(mǎn)足其縮短開(kāi)發(fā)周期、迅速投放市場(chǎng)的要求，提出了該體系結構。該公司本身并不進(jìn)行集成電路的設計和生產(chǎn)，而是由多家半導體廠(chǎng)商以不同的VLSI實(shí)現為其進(jìn)行生產(chǎn)。最終只要求用這些不同芯片構成的系統均保證程序二進(jìn)制兼容。這使得廠(chǎng)家能充分發(fā)揮自己的特長(cháng)進(jìn)一步改進(jìn)工藝技術(shù)、提高性能?？梢哉f(shuō)SPARC是一個(gè)開(kāi)放的體系結構標準，允許公眾制造商的加入。1987年，Sun和TI公司合作開(kāi)發(fā)了RISC微處理器SPARC。1989年，SUN Microsystems轉移SPARC規范到一個(gè)獨立、非盈利組織，用于服務(wù)成員開(kāi)發(fā)認證。從最早的32位SPARC V7，到32位SPARC V8(哈佛結構)，一直發(fā)展到目前的64位SPARC V9(超標量)，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(diǎn)就是它的可擴展性，這是業(yè)界出現的第一款有可擴展性功能的微處理，SPARC的推出為 Sun贏(yíng)得了高端微處理器市場(chǎng)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備控制的中樞神經(jīng)，隨著(zhù)航天工程復雜性的不斷提高，設備對計算機的要求越來(lái)越高。航天電子產(chǎn)品不但要耐火箭起飛時(shí)的沖擊、振動(dòng)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，美國現在使用的最高端的星載計算機，采用的是基于POWERPC體系結構的。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(kāi)發(fā)了基于SPARC V7機構的面向空間應用的微處理器：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f(shuō)SPARC體系結構的 CPU在今后的航天計劃中將發(fā)揮更大作用。

盡管?chē)鴥鹊腎C研發(fā)和設計水平同國際先進(jìn)水平相比還存在著(zhù)較大的差距。但是，隨著(zhù)國內半導體工業(yè)的發(fā)展，國內已能生產(chǎn)出可以在空間環(huán)境應用的處理器，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(guò) 11MIPS，性能功耗比小，重量體積又偏大，不能適應我國航天工程未來(lái)的發(fā)展。近年來(lái)，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)的可在空間應用的CPU中性能比較高的。本處理器基于SPARC V8 體系結構，內部采用AMBA總線(xiàn)可擴展結構，帶有32kb指令緩存和32kb數據緩存。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(shí)現方案

2.1 總體設計

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

圖1 計算機總體框架圖

2.2 CPU主板設計

由于1553B總線(xiàn)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)系統中得到廣泛應用。1553B總線(xiàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：類(lèi)似局域網(wǎng)結構;冗余容錯能力：支持“智能”遠置終端;高可靠的故障隔離性能;實(shí)時(shí)可確定性。本設計中引入1553B總線(xiàn)。

圖2 CPU主板框架圖

主板的布線(xiàn)要主要電磁兼容的影響，采用六層電路板，布線(xiàn)時(shí)主要電源分割和多層走線(xiàn)策略。另外用一片小的CPLD可以將簡(jiǎn)單電路集成其中，簡(jiǎn)化電路復雜程度。

2.3 其它硬件設計

電源板的設計，要考慮到為本系統提供高效和穩定的電源。本系統電路較復雜，電源板要提供多個(gè)電平的電源給系統使用。底板的設計較為簡(jiǎn)單，它把整個(gè)系統集成到一起。而擴展板設計主要是為了具體工程和項目需求而進(jìn)行更改設計。

圖3 系統實(shí)物圖