CN105183432A - 一种面向健康管理的SoC系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向健康管理的SoC系统，包括与总线连接的微控制器、直接存储访问单元、中断控制器、系统参数监控单元、系统时间定时器、健康管理算法单元、系统滴答定时器、系统日志存放单元、独立电源域的看门狗模块、独立电源域外部模块控制器，特殊设计的时钟源以及用于互联的接口模块。本发明通过引入存放常用执行指令的存储器，能够提高中断服务程序的处理效率和整个系统的程序处理效率；通过微处理器配置中断控制参数，中断可交由算法单元进行处理，不必占用处理器资源，提高中断处理的实时性，并降低系统对微处理器的性能要求；通过独立电源域的划分，实现了低功耗。
Description
技术领域
本发明属于集成电路领域，涉及一种面向健康管理的SoC系统。
背景技术
设备健康管理是70年代美国军方提出并应用于复杂武器系统维护的一种概念，到目前为止，健康管理的实现基于分立传感器、通用微处理器系统、上位机监控系统、数据库。该系统实现复杂、代价高昂，且不适合应用于一般长寿命设备的健康管理或者嵌入式设备本地化的健康管理。
因此，有必要利用新的半导体手段，提供一种面向健康管理的SOC设计方法，简化健康管理系统的设计实现，以便克服上述缺陷。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种面向健康管理的SOC系统，利用先进半导体手段简化健康管理的系统实现，便于向更多领域的设备中推广健康管理维护办法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种面向健康管理的SoC系统，其包括：与第一总线001连接的微处理器、直接存储访问单元、系统滴答定时器、算法单元和中断控制器；微处理器通过第二总线002连接FLASH器件和第一存储器SRAM1；直接存储访问单元和微处理器均通过第三总线003连接外设和第二存储器SRAM2；算法单元通过第四总线004连接日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器；中断控制器直接连接算法单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器；日志存放单元通过第三总线003连接外设和第二存储器SRAM2。
其中，所述微处理器指令全部存放在FLASH器件中；第一存储器SRAM1用于存放经常执行指令尤其是中断服务程序段，用于提高中断服务程序的处理效率和整个系统的程序处理效率；第二存储器SRAM2用于存放常用数据、程序运行过程中产生的中间数据和主机间交换的缓存数据。
其中，所述中断控制器的参数由微处理器通过第一总线001进行配置，配置完成后，所有与健康管理相关的中断交由算法单元进行处理，在核外通过硬件完成中断服务动作。
其中，所述系统时间定时器为万年历计数器，时间表示范围覆盖整个产品生命周期；系统滴答定时器用于在系统中使用实时操作系统时，为操作系统提供滴答定时功能。
其中，所述系统中各单元、部件以及总线之间用于互联的接口模块可为SPI接口，I2C接口、CAN接口、1553B接口、以太网接口、UART接口、GPIO接口。
其中，所述微处理器在单独电源域工作，独立进入低功耗状态；
所述第二总线002与第一存储器SRAM1在同一个电源域中，在微处理器进入低功耗状态后，仍保持供电，以满足系统快速处理中断的需求；
所述第三总线003、第二存储器SRAM2、FLASH器件为一个电源域，在微处理器进入低功耗状态前，由微处理器将该电源域关闭，此后，微处理器的取指令动作将在第一存储器SRAM1中进行；
所述第四总线004、中断控制器、日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器划分在同一个电源域，在微控制器及系统其他部分进入低功耗后，独立进行系统中实现采集和健康管理功能，自行进入低功耗，并在必要时刻唤醒微处理器完成必要动作；
第一总线001的外设及其他单元设置在一个电源域，单独供电。
其中，所述系统包括三个时钟来源，其中秒脉冲时钟和工作时钟源来自片外，独立电源域工作用时钟位于片内；秒脉冲时钟作为系统时间定时器的时钟来源；工作时钟源作为微处理器、直接存储访问单元、系统嘀嗒定时器、存储控制与外设、第一总线001、第二总线002、第三总线003的时钟来源；工作时钟源和独立电源域工作用时钟由独立域时钟切换开关控制，以选择其中一个作为系统时间定时器、中断控制器、第四总线004、日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元的时钟来源。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的面向健康管理的SoC系统，通过引入存放常用执行指令的存储器，能够提高中断服务程序的处理效率和整个系统的程序处理效率；通过微处理器配置中断控制参数，中断可交由算法单元进行处理，不必占用处理器资源，提高中断处理的实时性，并降低系统对微处理器的性能要求；通过独立电源域的划分，实现了低功耗。
附图说明
图1为本实施例实现的SoC架构图；
图2为本实施例实现的主要电源域划分图；
图3为本实施例实现的时钟域划分图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为实现上述目的，本方法提供一种面向健康管理的SoC系统，该技术方案能够在嵌入式设备中，在不接入上位机管理系统的情况下，对本地系统进行健康管理。同时，为保证健康管理SoC系统在产品整个生命周期中能够正常工作，本方案考虑了该SoC系统在低功耗状态下应当具备的特殊结构。
本方案使用分层总线结构完成处理器与系统中其他模块单元之间的互联。为便于使用实时操作系统，在系统中引入滴答定时器；为记录系统全生命周期时间，使用秒脉冲时钟源为时钟，系统时间定时器提供系统时间，用于标记系统生命周期中重要的时间点；算法单元为系统中的协处理器，完成系统中与健康管理运行的全部工作，其中的重要参数可通过微处理器进行配置，并对该协处理器所在的子模块进行单独的电源域规划，同时配给低功耗运行时的运行时钟。
参照图1所示，描述了本实施例的实现架构。本实施例面向健康管理的SoC系统包括：与第一总线001连接的微处理器、直接存储访问单元、系统滴答定时器、算法单元和中断控制器；微处理器通过第二总线002连接FLASH器件和第一存储器SRAM1；直接存储访问单元和微处理器均通过第三总线003连接外设和第二存储器SRAM2；算法单元通过第四总线004连接日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器；中断控制器直接连接算法单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器；日志存放单元通过第三总线003连接外设和第二存储器SRAM2。
各个总线采用分层互联结构，并通过直接存储访问单元，完成系统中数据交互量大的单元之间的数据传递工作。
所述微处理器指令全部存放在FLASH器件中；第一存储器SRAM1用于存放经常执行指令尤其是中断服务程序段，用于提高中断服务程序的处理效率和整个系统的程序处理效率；第二存储器SRAM2用于存放常用数据、程序运行过程中产生的中间数据和主机间交换的缓存数据。
中断控制器参数可由微处理器通过第一总线001进行配置，配置完成后，所有与健康管理相关的中断可交由算法单元进行处理，在核外通过硬件完成中断服务动作，不必占用处理器资源，提高中断处理的实时性，并降低系统对微处理器的性能要求。
日志存放单元采用满足系统性能要求的可读写非易失性存储器。考虑系统保存历史日志的需求，日志存放单元可分成独立的两个器件，器件之间的数据交互工作可由直接存储访问单元完成，而不需要处理器参与。
系统滴答定时器用于在系统中使用实时操作系统时，为操作系统提供滴答定时功能。
中断控制器控制的单元包括电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元的系统参数监控单元，参数监控的范围包括但不限于温度、湿度、电压、电流、位置等参数信息，并可根据需要，实现比较、预警等功能。
系统启动后，微处理器从FLASH中获取启动代码，并将其中重复次数较多的代码段以及中断服务子程序搬运到第一存储期SRAM1中。微处理器配置健康管理算法单元的相关参数，包括电压、电流、温度、湿度阈值、健康状况评估算法，启动系统时间定时器，读取系统时间历史参数，记录在算法单元中。算法单元，可根据系统参数监控单元、时间以及系统日志状况对当前系统的健康状况进行判定，提示应当采取的措施或采取相应措施。
微处理器配置中断控制器的相关参数，在使用实时操作系统的情况下，启动滴答定时器。
系统时间定时器，通常为万年历计数器，时间表示范围能够覆盖整个产品生命周期。
系统中各单元、器件以及总线之间用于互联的接口模块可为SPI接口，I2C接口、CAN接口、1553B接口、以太网接口、UART接口、GPIO接口。
本实施例中，电源域的设计考虑整个系统的低功耗需求。图2描述了系统的电源域划分：
微处理器在单独电源域工作，可独立进入低功耗状态。
第二总线002与第一存储器SRAM1在同一个电源域中，可在微处理器进入低功耗状态后，仍保持供电，以满足系统快速处理中断的需求。
第三总线003、第二存储器SRAM2、FLASH器件为一个电源域，在微处理器进入低功耗状态前，可由微处理器将该电源域关闭，此后，微处理器的取指令动作将在第一存储器SRAM1中进行。
健康管理相关功能包括第四总线004、中断控制器、日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器划分在同一个电源域，可在微控制器及系统其他部分进入低功耗后，独立进行系统中实现采集和健康管理功能，可自行进入低功耗，并在必要时刻唤醒微处理器完成必要动作。
第一总线001的外设及其他单元设置在一个电源域。
根据独立电源域的设置，还设置了独立电源域的看门狗模块和独立电源域的外部模块控制器；独立电源域可使本系统实现的产品内核及部分模块单元进入低功耗模式，而独立电源域单元可根据需求单独工作。
为配合系统功能，参照图3所示，本实施例将提供三个时钟来源，其中秒脉冲时钟和工作时钟源可来自片外，独立电源域工作用时钟位于片内。独立电源域工作用时钟是系统全部进入低功耗状态后，唯一开启不关闭的时钟源。
秒脉冲时钟作为系统时间定时器的时钟来源；工作时钟源作为微处理器、直接存储访问单元、系统嘀嗒定时器、存储控制与外设、第一总线001、第二总线002、第三总线003的时钟来源；工作时钟源和独立电源域工作用时钟由独立域时钟切换开关控制，以选择其中一个作为系统时间定时器、中断控制器、第四总线004、日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元的时钟来源。
由上述技术方案可以看出，本发明通过引入存放常用执行指令的存储器，能够提高中断服务程序的处理效率和整个系统的程序处理效率；通过微处理器配置中断控制参数，中断可交由算法单元进行处理，不必占用处理器资源，提高中断处理的实时性，并降低系统对微处理器的性能要求；通过独立电源域的划分，实现了低功耗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种面向健康管理的SoC系统，其特征在于，包括：与第一总线(001)连接的微处理器、直接存储访问单元、系统滴答定时器、算法单元和中断控制器；微处理器通过第二总线(002)连接FLASH器件和第一存储器(SRAM1)；直接存储访问单元和微处理器均通过第三总线(003)连接外设和第二存储器(SRAM2)；算法单元通过第四总线(004)连接日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器；中断控制器直接连接算法单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器；日志存放单元通过第三总线(003)连接外设和第二存储器(SRAM2)。
2.如权利要求1所述的面向健康管理的SoC系统，其特征在于，所述微处理器指令全部存放在FLASH器件中；第一存储器(SRAM1)用于存放经常执行指令尤其是中断服务程序段，用于提高中断服务程序的处理效率和整个系统的程序处理效率；第二存储器(SRAM2)用于存放常用数据、程序运行过程中产生的中间数据和主机间交换的缓存数据。
3.如权利要求1所述的面向健康管理的SoC系统，其特征在于，所述中断控制器的参数由微处理器通过第一总线(001)进行配置，配置完成后，所有与健康管理相关的中断交由算法单元进行处理，在核外通过硬件完成中断服务动作。
4.如权利要求1所述的面向健康管理的SoC系统，其特征在于，所述系统时间定时器为万年历计数器，时间表示范围覆盖整个产品生命周期；系统滴答定时器用于在系统中使用实时操作系统时，为操作系统提供滴答定时功能。
5.如权利要求1所述的面向健康管理的SoC系统，其特征在于，所述系统中各单元、器件以及总线之间用于互联的接口模块为SPI接口，I2C接口、CAN接口、1553B接口、以太网接口、UART接口、GPIO接口。
6.如权利要求1-5中任一项所述的面向健康管理的SoC系统，其特征在于，
所述微处理器在单独电源域工作，独立进入低功耗状态；
所述第二总线(002)与第一存储器(SRAM1)在同一个电源域中，在微处理器进入低功耗状态后，仍保持供电，以满足系统快速处理中断的需求；
所述第三总线(003)、第二存储器(SRAM2)、FLASH器件为一个电源域，在微处理器进入低功耗状态前，由微处理器将该电源域关闭，此后，微处理器的取指令动作将在第一存储器(SRAM1)中进行；
所述第四总线(004)、中断控制器、日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元、系统时间定时器划分在同一个电源域，在微控制器及系统其他部分进入低功耗后，独立进行系统中实现采集和健康管理功能，自行进入低功耗，并在必要时刻唤醒微处理器完成必要动作；
所述第一总线(001)的外设及其他单元设置在一个电源域。
7.如权利要求6所述的面向健康管理的SoC系统，其特征在于，所述系统包括三个时钟来源，其中秒脉冲时钟和工作时钟源来自片外，独立电源域工作用时钟位于片内；秒脉冲时钟作为系统时间定时器的时钟来源；工作时钟源作为微处理器、直接存储访问单元、系统嘀嗒定时器、存储控制与外设、第一总线(001)、第二总线(002)、第三总线(003)的时钟来源；工作时钟源和独立电源域工作用时钟由独立域时钟切换开关控制，以选择其中一个作为系统时间定时器、中断控制器、第四总线(004)、日志存放单元、电压监控单元、电流监控单元、温度监控单元、湿度监控单元的时钟来源。
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