大规模区域监控与通信系统的SOPC芯片组

2 芯片的系统结构流程  

2.1　大规模区域监控与通信系统(主?从)芯片的前期信息分析部件流程，如图2。  



2.2　大规模区域监控与通信系统(主?从)芯片的多阶TDM链网流程，如图3。  



3 芯片主要优势性能的测试和技术简述  

3.1 多重上位机分布式处理思想变革现有系统的常规设计思想，满足区域监控发展的关键所需如上所述，现有多点区域监控系统的性能根本不易于区域大规模的发展。

适应区域大规模扩展的测试性能：测试证明，对前期分析过程有用专职的信息分析部件(一个芯片组)来处理，性能就完全满足了区域规模扩大所提出的关键需求；且因为对每一监控点配置一条功能流水线，性能还有很大的提升空间。区域规模上具体表现：每芯片的覆盖半径200米，每片预设为8监控点；芯片组最大规模1024点，每组容量128片；则每组的最大有效监控区域可达115×107米2以上；每一组芯片负责区域监控的一个分区，则最大覆盖范围是常规区域监控系统一个极大分区(约104米2，参考文献5)的103倍，规模扩大到常规思想采用常规设备根本不可能达到的区域范围；各点流不涨的片内信道速率为4Mbit?s；多点信息并行处理，芯片运行可靠稳定。  

信息分析与综合部件的技术简述：芯片对各路监控点采用并行流水结构，分为接口系统、信息分析系统、结构综合系统和TDM通信系统，按流程一一简述。首先，接口系统根据在线配置的信息，得知各路传感器的精度位数、总线协议类型，在片内动态给各路传感器分配相应信号通道，完成各传感器信息与芯片间的通信；各路信号先并行进入到信息分析系统，流程为：滤波除高斯噪声以整形电平，并剔除突发噪声干扰；鉴定传感器信道类型为报警中断型还是数据型，各路中断信号进入报警中断型的各条流水线，数据信号到数据型的各条流水线；片内设置8块特定功能门电路模块，所对应的不同处理功能由根节点上位机的“配置作用”在线更新；上位机根据各路监控点不同处理要求，动态配置各特定功能模块到各路的处理流水线上。完成了先期分析的中断、数据两型的信号再经由综合系统，分别区分出信号到达次序，按次序和预置优先权得出TDM序列，送到两种类型的多阶TDM通信网。

3.2 区域最优布局  

3.2.1　最优布局：采用多阶TDM通信链网、主从两种类型的芯片来构成芯片组的创新拓扑思想，实现在区域监控一个分区中的最优布局，最简布线和极易扩展。区域每层?分区多个监测点的最优布局如图4，是现有监控分区最点布局中一种最精简的布局，各点构成多重TDM通信链网。每片8点，扩展多片只需每芯片的片间信道直接级联，最大扩展到1024点，128片，非常简便。  



3.2.2　主从芯片方式的拓扑技术简述：主芯片和从芯片的门电路结构略有不同，只有主芯片才能做根节点的子节点，才有与根节点上位机进行双工通信的TDM收发模块，主芯处与上位机一套信道双线链接，收发各一链；各芯片均带多片间通信的TDM，每TDM链单线双工，带宽只有主芯片与上位机信道的一半，构成片间多阶TDM网。当传感器数目在一芯片容量以内，则直接用主芯片；扩展多路(如N+8路×3位)，则对主芯片再串行级联上位机的[N?8]个从芯片。直接串联联线。可扩展到最多128片。主从芯片的多重TDM网，实现了轻易扩展、最优布局布线的特点；成本节省；主从芯片结构有别，完全利用门电路资源。。  

3.3 动态配置使得新监控系统通用性强  

3.3.1　动态配置芯片的接口、动态改变功能流水线结构的测试性能：新的监控系统能适用各区域监控场合；而且即便对原有监控系统的升级，由于芯片能混接各型传感器，所以能保留原已安装的传感器，并混装新的传感器，因此升级变得更简单更低投入。  

芯片的接口系统采用动态配置，并动态组合构成流水线的各功能模块在流水线的序列位置；芯片设置8路×3位传感器接口；芯片的接口性能显示芯片能在线配置接口协议，支持I2C、串行、One2Wire、SPI，或任意几路位组合为并行通信，混接各型传感器，每芯片最大可接24路×1位的传感器。芯片动态接口系统的流程如图5。



3.3.2　对各点动态配置各型协议的通信信道来实现动态配置的技术简述：芯片信号引脚为双向I?O。芯片群运行前，上位机将各路传感器的协议和连接的引脚号在线配置给芯片，接口组合模块动态组合对应的多个引脚构成一路传感器的信号接口，并配置每路接口到一相应通信协议的信道上。每个信道完成一种通信协议的双工通信，共有UART串行，并行(8bit，11bit，12bit，16bit，20bit，24bit)，I2C，SPI，one-wire类型，并且在线更新升级。