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...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , |
| 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 |