中央處理模塊
發(fā)布時(shí)間:2012/4/11 20:04:06 訪問(wèn)次數(shù):1708
1.功能概述
同CPU在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心地位一樣,無(wú)線傳感器 12FR60網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的中央處理模塊同樣是節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算的中心,節(jié)點(diǎn)的任務(wù)調(diào)度、設(shè)備控制、通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)、功能協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、能耗管理等功能都將在這個(gè)模塊的支持下完成。具體來(lái)說(shuō),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中央處理模塊主要完成以下3個(gè)方面的工作。
①接收來(lái)自各類(lèi)型傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),完成數(shù)據(jù)處理,交由無(wú)絨通信模塊發(fā)送。
②讀取無(wú)線通信模塊接收到的數(shù)據(jù)和控制信息,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并實(shí)現(xiàn)對(duì)其它模塊的控制。
③實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各種算法和協(xié)議,如MAC協(xié)議、路由協(xié)議、定位算法等。
因此,處理器的選擇和處理模塊的設(shè)計(jì)在無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的,該模塊設(shè)計(jì)的好壞將直接決定無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。
2.設(shè)計(jì)需求
隨著集成電路設(shè)計(jì)門(mén)檻的降低,越來(lái)越多具有專業(yè)背景的公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)各種適合自身產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的處理器。處理器市場(chǎng)一時(shí)變得非;钴S,通用處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、單片機(jī)及各種專用多媒體處理器比比皆是。不過(guò),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特要求使得絕大多數(shù)的處理器并不適合作為節(jié)點(diǎn)的處理器,真正可供選擇的只有寥寥幾種。一般認(rèn)為,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用的處理器應(yīng)該滿足如下要求。
(1)體積盡量小
節(jié)點(diǎn)的微型化是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì),而處理器的尺寸往往決定了整個(gè)節(jié)點(diǎn)的尺寸。因此,所選擇的處理器體積越小,傳感器節(jié)點(diǎn)的體積一般也會(huì)越小。
(2)集成度盡量高
一般選擇片上系統(tǒng)( System on Chip,SoC)作為傳感器節(jié)點(diǎn)的處理器。各種傳感器節(jié)點(diǎn)和計(jì)數(shù)器等多功能于一身的處理器。選擇這樣的處理器,會(huì)使這個(gè)系統(tǒng)的處理器外圍電路簡(jiǎn)單整潔,基本上不需要擴(kuò)展任何外圍的器件。
(3)要有足夠的外部通用I/O(Input/Output)端口和通信接口目前可供選擇的處理器雖然集成度較高,但是仍然不能包含無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)所需要的全部功能,處理器還必須和其它功能模塊進(jìn)行連接通信,如無(wú)線通信模塊、傳感模塊及外部存儲(chǔ)器模塊等。此外,各種模塊的控制電路也需要大量的I/O端口來(lái)完成。
(4)成本盡量低
由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的,因此低成本是網(wǎng)絡(luò)化的必要前提。尤其對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化農(nóng)業(yè)種植等需要撒播大量傳感器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用,節(jié)點(diǎn)的成本問(wèn)題更加關(guān)鍵。
(5)低功耗且支持睡眠模式
處理器功耗主要由工作電壓、工作電流、運(yùn)行時(shí)鐘的頻率、內(nèi)部邏輯復(fù)雜度及制作工藝決定。工作電壓和運(yùn)行時(shí)鐘頻率越高,其功耗也就越大。睡眠模式直接關(guān)系到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)生命周期的長(zhǎng)短。目前使用兩節(jié)5號(hào)電池供給基于AVR系列單片機(jī)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),滿負(fù)荷工作只能延續(xù)+幾個(gè)小時(shí)。為了讓這樣的系統(tǒng)能工作1年以上的時(shí)間,系統(tǒng)需要在絕多數(shù)時(shí)間內(nèi)處在待機(jī)或者睡眠狀態(tài)。因此,要求處理器必須支持超低功耗的睡眠狀態(tài)。
(6)運(yùn)行速度要盡量快
運(yùn)行速度是衡量處理器性能的主要因素之一,在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)嵌入式設(shè)備中,更是此。擁有較快運(yùn)行速度的處理器可以保證節(jié)點(diǎn)及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)完成各種任務(wù),從而能夠快速進(jìn)入睡眠狀態(tài),節(jié)省系統(tǒng)資源。另外,較快的運(yùn)行速度也可以保障無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。但是,隨著運(yùn)行速度的加快,處理器的功耗也會(huì)相應(yīng)增大,因此需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行細(xì)致權(quán)衡。
1.功能概述
同CPU在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心地位一樣,無(wú)線傳感器 12FR60網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的中央處理模塊同樣是節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算的中心,節(jié)點(diǎn)的任務(wù)調(diào)度、設(shè)備控制、通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)、功能協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、能耗管理等功能都將在這個(gè)模塊的支持下完成。具體來(lái)說(shuō),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中央處理模塊主要完成以下3個(gè)方面的工作。
①接收來(lái)自各類(lèi)型傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),完成數(shù)據(jù)處理,交由無(wú)絨通信模塊發(fā)送。
②讀取無(wú)線通信模塊接收到的數(shù)據(jù)和控制信息,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并實(shí)現(xiàn)對(duì)其它模塊的控制。
③實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各種算法和協(xié)議,如MAC協(xié)議、路由協(xié)議、定位算法等。
因此,處理器的選擇和處理模塊的設(shè)計(jì)在無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的,該模塊設(shè)計(jì)的好壞將直接決定無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。
2.設(shè)計(jì)需求
隨著集成電路設(shè)計(jì)門(mén)檻的降低,越來(lái)越多具有專業(yè)背景的公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)各種適合自身產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的處理器。處理器市場(chǎng)一時(shí)變得非;钴S,通用處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、單片機(jī)及各種專用多媒體處理器比比皆是。不過(guò),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特要求使得絕大多數(shù)的處理器并不適合作為節(jié)點(diǎn)的處理器,真正可供選擇的只有寥寥幾種。一般認(rèn)為,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用的處理器應(yīng)該滿足如下要求。
(1)體積盡量小
節(jié)點(diǎn)的微型化是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì),而處理器的尺寸往往決定了整個(gè)節(jié)點(diǎn)的尺寸。因此,所選擇的處理器體積越小,傳感器節(jié)點(diǎn)的體積一般也會(huì)越小。
(2)集成度盡量高
一般選擇片上系統(tǒng)( System on Chip,SoC)作為傳感器節(jié)點(diǎn)的處理器。各種傳感器節(jié)點(diǎn)和計(jì)數(shù)器等多功能于一身的處理器。選擇這樣的處理器,會(huì)使這個(gè)系統(tǒng)的處理器外圍電路簡(jiǎn)單整潔,基本上不需要擴(kuò)展任何外圍的器件。
(3)要有足夠的外部通用I/O(Input/Output)端口和通信接口目前可供選擇的處理器雖然集成度較高,但是仍然不能包含無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)所需要的全部功能,處理器還必須和其它功能模塊進(jìn)行連接通信,如無(wú)線通信模塊、傳感模塊及外部存儲(chǔ)器模塊等。此外,各種模塊的控制電路也需要大量的I/O端口來(lái)完成。
(4)成本盡量低
由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的,因此低成本是網(wǎng)絡(luò)化的必要前提。尤其對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化農(nóng)業(yè)種植等需要撒播大量傳感器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用,節(jié)點(diǎn)的成本問(wèn)題更加關(guān)鍵。
(5)低功耗且支持睡眠模式
處理器功耗主要由工作電壓、工作電流、運(yùn)行時(shí)鐘的頻率、內(nèi)部邏輯復(fù)雜度及制作工藝決定。工作電壓和運(yùn)行時(shí)鐘頻率越高,其功耗也就越大。睡眠模式直接關(guān)系到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)生命周期的長(zhǎng)短。目前使用兩節(jié)5號(hào)電池供給基于AVR系列單片機(jī)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),滿負(fù)荷工作只能延續(xù)+幾個(gè)小時(shí)。為了讓這樣的系統(tǒng)能工作1年以上的時(shí)間,系統(tǒng)需要在絕多數(shù)時(shí)間內(nèi)處在待機(jī)或者睡眠狀態(tài)。因此,要求處理器必須支持超低功耗的睡眠狀態(tài)。
(6)運(yùn)行速度要盡量快
運(yùn)行速度是衡量處理器性能的主要因素之一,在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)嵌入式設(shè)備中,更是此。擁有較快運(yùn)行速度的處理器可以保證節(jié)點(diǎn)及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)完成各種任務(wù),從而能夠快速進(jìn)入睡眠狀態(tài),節(jié)省系統(tǒng)資源。另外,較快的運(yùn)行速度也可以保障無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。但是,隨著運(yùn)行速度的加快,處理器的功耗也會(huì)相應(yīng)增大,因此需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行細(xì)致權(quán)衡。
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