Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов

Рассмотрен выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов. Розглянуто вибір уніфікованих засобів процесорної обробки даних на CORTEX ядрі для біосенсорних приладів. Choice of the uniform tools of data digital processing based on Cortex Cor...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Комп’ютерні засоби, мережі та системи
Datum:2013
Hauptverfasser: Вороненко, А.В., Романов, В.А.
Format: Artikel
Sprache:Russisch
Veröffentlicht: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2013
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69707
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов / А.В. Вороненко, В.А. Романов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 39-45. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860087759378579456
author Вороненко, А.В.
Романов, В.А.
author_facet Вороненко, А.В.
Романов, В.А.
citation_txt Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов / А.В. Вороненко, В.А. Романов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 39-45. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Комп’ютерні засоби, мережі та системи
description Рассмотрен выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов. Розглянуто вибір уніфікованих засобів процесорної обробки даних на CORTEX ядрі для біосенсорних приладів. Choice of the uniform tools of data digital processing based on Cortex Core for biosensor devices is considered.
first_indexed 2025-12-07T17:20:59Z
format Article
fulltext Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 39 A. Voronenko, V. Romanov CHOICE OF THE UNIFORM TOOLS OF DATA DIGITAL PROCESSING BASED ON CORTEX CORE FOR BIOSENSOR DEVIСES Choice of the uniform tools of data digital processing based on Cortex Core for biosensor devices is considered. Key words: portable biosensor devises, ARM, Cortex. Розглянуто вибір уніфікованих засобів процесорної обробки даних на CORTEX ядрі для біосенсорних приладів. Ключові слова: портативний біо- сенсорний прилад, ARM, Cortex. Рассмотрен выбор унифициро- ванных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов. Ключевые слова: портативний биосенсорный прибор, ARM, Cortex.  А.В. Вороненко, В.А. Романов, 2013 УДК 681.3+578.08 А.В. ВОРОНЕНКО, В.А. РОМАНОВ ВЫБОР УНИФИЦИРОВАННЫХ СРЕДСТВ ПРОЦЕССОРНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ CORTEX-ЯДРА ДЛЯ БИОСЕНСОРНЫХ ПРИБОРОВ Введение. На мировом рынке микроэлектро- ники имеется множество типов микропро- цессорных устройств. Программирование этих устройств поддерживается разными средствами отладки, используются разные языки программирования и типы интерфей- сов. Несистемное использование этих средств при проектировании различных био- сенсорных приборов увеличивает стоимость каждой разработки и сроки ее внедрения в промышленность, что снижает эффектив- ность реализации Программы НАН Украины «Сенсорні прилади для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб» в це- лом. Предложенная Институтом кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины унифи- кация процессорных средств вместе с про- граммным обеспечением (ПО) позволит ис- пользовать типовые проектные решения и микроэлектронные компоненты, а также единые средства отладки для их реализации. Преимущества этого подхода заключаются в следующем: - может быть внедрен параллельный про- цесс разработки микропроцессорных средств обработки данных, что позволяет сократить сроки проектирования и внедрения в про- мышленность разных биосенсорных прибо- ров и снизить их стоимость; - могут быть сокращены сроки разработки и модернизации ПО биосенсорных приборов; - могут быть уменьшены затраты на сер- тификацию биосенсорных приборов, что в А.В. ВОРОНЕНКО, В.А. РОМАНОВ Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 40 конечном итоге приведет к снижению стоимости конечного изделия в целом. Таким образом, целью исследований явились выбор унифицированных мик- ропроцессорных средств обработки данных, предназначенных для использова- ния в биосенсорных приборах разного назначения. Технические требования к прототипу унифицированного биосенсорного портативного прибора. Портативные биосенсорные приборы в соответствии с требованиями унификации должны иметь стандартные наборы внутренних уст- ройств и интерфейсов пользователя. В состав любого портативного прибора должны входить сенсоры, преобразующие измеряемую величину в электриче- ский сигнал, АЦП необходимой точности и быстродействия, устройства памяти для запоминания измеренной информации, устройства обработки данных, элек- тромеханические или сенсорные устройства управления, интерфейсы пользова- теля и средства отображения и передачи данных. Клавиатура биосенсорного прибора может содержать не более четырех кнопок для реализации функций: «пуск», «выбор», «сдвиг вправо», «сдвиг влево» и т. п. Мы отдаем предпочтение процессорам с Cortex-ядром компании ARM для реализации унифицированной платформы для разработки портативных прибо- ров [1]. И это вызвано следующими соображениями: - компания ARM с 1990 года занимается разработкой ядер 32-разрядных процессоров с учетом технологических особенностей их производства, продавая права на использование своих микроконтроллеров в виде интеллектуальной соб- ственности на различные кристаллы собственной разработки, и получая при- быль в виде роялти от каждого произведенного процессора. Это обеспечивает гибкость в выборе конкретного производителя процессора и переносимость про- граммного продукта от процессора к процессору; - процессоры, изготовленные по лицензии компании ARM, отличаются вы- сокой производительностью и большой энергоэффективностью, что в итоге обеспечивает меньшую, по сравнению с использованием аналогичных устройств других типов, стоимость разрабатываемого на их основе устройства или систе- мы в целом. На мировом рынке существуют следующие типы ядер компании ARM: Cortex-A15, Cortex-A9, Cortex-A8, Cortex-A7, Cortex-A5; Cortex-R7, Cortex-R5(F), Cortex-R4(F); Cortex-M4(F), Cortex-M3, Cortex-M1, Cortex-M0+, Cortex-M0; ARM11; ARM9E (ARM926EJ-S, ARM946E-S and ARM966E-S, ARM968E-S); ARM9 (ARM9TDMI, ARM920T, ARM922T and ARM940T); ARM7 (ARM7TDMI, ARM7TDMI-S and ARM720T); ARM7E (ARM7EJ-S); SecurCore (SC000, SC100, SC110, SC200, SC210, SC300); XScale. Это далеко не полный перечень выпускаемых процессоров и выпускаются они всеми основными производителями электронных компонентов, перечень которых приведен в табл. 1. ВЫБОР УНИФИЦИРОВАННЫХ СРЕДСТВ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 41 ТАБЛИЦА 1. Перечень фирм-производителей процессоров с ARM ядром Analog Devices Atmel Cirrus Ember EnergyMicro Epson Faraday Freescale Fujitsu Hilscher Holtek Infineon Intel Marvell Micronas MicroSemi NetSilicon Nuvoton NXP OKI ON Semiconductor Renesas Samsung SiLabs Socle Sonix ST Texas Instruments Toshiba Xilinx Основное множество типов процессоров компании ARM можно разбить на основные группы: Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M, SecurCore, (табл. 2). ТАБЛИЦА 2. Перечень основных ARM ядер и их принадлежность к семейству процессора Наименование ядра процесора Наименование семейства процессоров Cortex-A57 Cortex-A50 Cortex-A53 Cortex-A15 Cortex-A Cortex-A9 Cortex-A8 Cortex-A7 Cortex-A5 Cortex-R7 Cortex-R Cortex-R5 Cortex-R4 Cortex-M4 Cortex-M Cortex-M3 Cortex-M1 Cortex-M0+ Cortex-M0 SC000 Secure Core SC100 SC300 Каждое семейство Cortex-процессоров ориентировано на конкретный класс устройств. Это обусловливает наличие у конкретного Cortex-семейства внутрен- них специфических устройств, ориентированных на успешную реализацию ос- новной задачи. Связь Cortex-семейства и класса реализуемой задачи показана на рис. 1. http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Analog-Devices/?id=469 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Atmel1/?id=470 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Cirrus1/?id=663 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Ember/?id=3501 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/EnergyMicro1/?id=473 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Epson/?id=474 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Faraday1/?id=475 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Freescale/?id=476 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Fujitsu1/?id=477 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Hilscher/?id=478 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Holtek1/?id=479 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Infineon/?id=3709 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Intel/?id=480 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Marvell1/?id=481 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Micronas/?id=482 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/MicroSemi/?id=5244 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/NetSilicon1/?id=483 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Nuvoton/?id=484 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/NXP1/?id=485 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/OKI/?id=486 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/ON-Semiconductor1/?id=487 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/ON-Semiconductor1/?id=487 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Renesas1/?id=4643 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Samsung/?id=488 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/SiLabs/?id=4197 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Socle/?id=3644 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Sonix/?id=3964 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/ST1/?id=489 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Texas-Instruments/?id=490 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Texas-Instruments/?id=490 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Toshiba1/?id=491 http://www.iar.com/en/Products/IAR-Embedded-Workbench/ARM/Supported-devices/Xilinx/?id=4644 А.В. ВОРОНЕНКО, В.А. РОМАНОВ Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 42 РИС. 1. Примеры устройств, выполненных на основе процессоров с Cortex-ядром Все процессоры компании ARM, в рамках семейства, имеют общую архи- тектуру, что обеспечивает совместимость программного продукта и масштаби- руемость реализуемого устройства. К настоящему времени уже произведено более 20*1012 кристаллов на основе ARM-технологий, продано более 800 процессорных лицензий в более чем 250 компаний. Наряду с процессорами, компания ARM разрабатывает множество средств для разработки, оптимизации и интеграции систем на кристалле (system- on-chip или SoC). К настоящему времени ARM-технологии нашли применение в 95 % выпускаемых в мире смартфонов, 80 % цифровых камерах и 35 % уст- ройств автоматики и контроля. Выбор базового семейства процессоров с Cortex-ядром для биосенсорных приборов может быть сделан с учетом показанных на рис. 2 устройств. Это в первую очередь семейство Cortex-M. Однако для выбора конкретного типа про- цессора следует выполнить дополнительные исследования, при которых учесть размеры, энергопотребление, конечную стоимость проектируемого прибора. Дополнительную информацию для такого выбора можно получить из диа- граммы, показанной на рис. 2. ВЫБОР УНИФИЦИРОВАННЫХ СРЕДСТВ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 43 РИС. 2. Сравнительная характеристика процессоров с Cortex-М ядром Однако эта диаграмма дает только общее представление о характеристиках процессора. Необходимо, кроме того, учитывать наличие программных и аппа- ратных средств отладки, проанализировать области применения, оценить стои- мость разработки и т. п. В результате изучения мирового рынка современных микропроцессорных средств обработки данных нами установлено, что семейство процессоров Cortex-M, разработанных компанией ARM, в наибольшей степени отвечает тре- бованиям унификации разрабатываемых биосенсорных приборов. Объем внут- ренней памяти данных и программ может составлять до 1 Гб, они содержат чрезвычайно богатый набор портов ввода/вывода: UART, CAN, I2C, SPI, USB, Ethernet, GPIO до 164 входов/выходов. В последних версиях этих процессоров имеются: контроллер управления цветным графическим дисплеем, Memory- порт, Wi-Fi и аудиопорт. Кроме того, в состав процессоров семейства Cortex-М могут входить АЦП и ЦАП. Совместно с процессором может быть использован графический индикатор со стандартным интерфейсом. В результате анализа перечисленных факторов и технических характеристик новых процессоров на основе ядра Cortex-M для использования в качестве базо- Производительность микропроцессорного устройства Ра зм ер к ри ст ал ла Cortex-M1 Cortex-M0 Cortex-M0+ Cortex-M3 Cortex-M4 А.В. ВОРОНЕНКО, В.А. РОМАНОВ Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 44 вого процесора в биосенсорных приборах нами выбрана микросхема процессора LPC4357 производства компании NXP [2, 3]. Это двуядерный микроконтроллер с ядром Cortex-M, содержащий: - ARM Cortex-M4 – 32-разрядный процессор гарвардской архитектуры, поддерживающий вычисления с плавающей точкой; - ARM Cortex-M0 – 32-разрядный процессор фон-нейеменской архитек- туры, работающий как сопроцессор; - память типа FLASH объемом до 1МВ; - память типа SRAM объемом 136 kB; - четыре интерфейса типа SPI Flash Interface; - последовательный порт общего назначения типа Serial GPIO; - два порта High-speed USB; - порт типа Ethernet; - контроллер цветного ЖКД c разрешением до 1024x768 точек; - частота работы ядер процессора – до 204 МГц. Кроме того, в составе процессора имеются АЦП и ЦАП для ввода/вывода аналоговых сигналов. Выбор данного типа микроконтроллера можно объяснить еще наличием современной отладочной платы, внешний вид которой показан на рис. 3 [4, 5]. РИС. 3. Внешний вид отладочной платы ВЫБОР УНИФИЦИРОВАННЫХ СРЕДСТВ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 45 С помощью этой платы можно легко и быстро разработать прототип любого биосенсорного прибора, включая ПО и средства отображения, проектируемого в рамках Программы НАН Украины «Сенсорні прилади для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб». Выводы. 1. Предложенная Институтом кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины унификация процессорных средств обработки данных, включая программное и отладочное обеспечение, при проектировании биосенсорных приборов разного назначения позволит эффективно использовать типовые про- ектные решения и типовые электронные компоненты, единые средства про- граммирования и отладочные наборы для их реализации. 2. Использование унифицированных аппаратных и программных средств для автоматизации проектирования биосенсорных приборов, разрабатываемых в рамках Программы НАН Украины «Сенсорні прилади для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб», позволит уменьшить стоимость разра- ботки, аттестации и сертификации этих приборов, сократить сроки проектиро- вания и упростить их использование и модернизацию в опытной и промышлен- ной эксплуатации. 1. http://www.arm.com 2. http://www.nxp.com 3. http://www.lpcware.com 4. http://www.keil.com 5. http://www.iar.com Получено 23.10.2013 http://www.nxp.com/ http://www.lpcware.com/ http://www.keil.com/ http://www.iar.com/
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69707
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1817-9908
language Russian
last_indexed 2025-12-07T17:20:59Z
publishDate 2013
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
record_format dspace
spelling Вороненко, А.В.
Романов, В.А.
2014-10-18T18:32:11Z
2014-10-18T18:32:11Z
2013
Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов / А.В. Вороненко, В.А. Романов // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 39-45. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
1817-9908
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69707
681.3+578.08
Рассмотрен выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов.
Розглянуто вибір уніфікованих засобів процесорної обробки даних на CORTEX ядрі для біосенсорних приладів.
Choice of the uniform tools of data digital processing based on Cortex Core for biosensor devices is considered.
ru
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
Комп’ютерні засоби, мережі та системи
Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов
Choice of the uniform tools of data digital processing based on CORTEX core for biosensor devices
Article
published earlier
spellingShingle Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов
Вороненко, А.В.
Романов, В.А.
title Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов
title_alt Choice of the uniform tools of data digital processing based on CORTEX core for biosensor devices
title_full Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов
title_fullStr Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов
title_full_unstemmed Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов
title_short Выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе Cortex-ядра для биосенсорных приборов
title_sort выбор унифицированных средств процессорной обработки данных на основе cortex-ядра для биосенсорных приборов
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69707
work_keys_str_mv AT voronenkoav vyborunificirovannyhsredstvprocessornoiobrabotkidannyhnaosnovecortexâdradlâbiosensornyhpriborov
AT romanovva vyborunificirovannyhsredstvprocessornoiobrabotkidannyhnaosnovecortexâdradlâbiosensornyhpriborov
AT voronenkoav choiceoftheuniformtoolsofdatadigitalprocessingbasedoncortexcoreforbiosensordevices
AT romanovva choiceoftheuniformtoolsofdatadigitalprocessingbasedoncortexcoreforbiosensordevices