原标题：基于APEX20K和ARM7 TDMI－S微处理器实现通用智能传感器IP核的设计

基于APEX20K和ARM7 TDMI-S微处理器实现通用智能传感器IP核的设计是一个复杂但具有前瞻性的项目。以下是对该设计的详细分析：

一、设计背景与意义

智能传感器技术是一门涉及多学科的综合技术，包括微机械和微电子技术、计算机技术、网络与通信技术、信号处理技术等多种领域。随着技术的不断发展，智能传感器已经具备了数字信号输出、信息存储与记忆、逻辑判断、决策、自检、自校、自补偿等智能功能，这些功能都是以微处理器为基础的。然而，传统的微处理器在可靠性、功耗、功能复用等方面存在不足，阻碍了智能传感器的进一步发展。因此，基于SOC（System on Chip，单芯片系统）和IP（Intellectual Property，自主知识产权）核的设计方法应运而生，成为智能传感器设计的新趋势。

二、设计原理与架构

1. SOC设计原理：

• SOC用硬件实现了以往软件实现的功能，具有可靠性高、价格低、速度快、体积小、功能复用、保密性好等一系列优点。

• 基于FPGA的SOC设计具有开发周期短、开发工具及语言标准化、设计和器件无关等特点，使得设计与使用单片机一样容易。

2. 智能传感器SOC架构：

• 智能传感器SOC设计以功能复用与搭建为基础，在芯片上用若干个宏模块来构建复杂系统。这些已经开发的宏模块就是通用的IP核。

• IP核的重用可以降低产品设计的复杂度，减少产品上市时间。

• 智能传感器传感参数多种多样，但从功能模块组成来讲，它主要包括数据采集模块、补偿与校正模块、数据处理模块、数据网络通信模块、人机界面和任务管理与调度模块等功能单元。

3. 设计实现方法：

• 在IP核设计与SOC构建中，为了简化工作，降低复杂度，选用基于FPGA的IP核及基于ARM7 TDMI-S CPU的IP核两种SOC设计方式。

• FPGA的IP核主要完成数据采集与信号处理模块，基于ARM7的IP核完成数据通信、人机界面及任务调度工作。

三、设计细节与实现

1. 数据采集与信号处理模块：

• 采用MAX125完成的并行A/D接口IP核设计，MAX125是8通道14bit的并行A/D芯片。

• 在FPGA A/D IP核设计中，提供给MAX125启动转换及转换结束后的时序信号，读取转换结果并存储到FPGA芯片内部RAM中。

• 信号处理包括线性化、滤波、各类补偿、人工神经网络、模糊理论、遗传算法、多传感器融合等工作。

2. 数据通信模块：

• 选用基于ARM7的Philips LPC2106芯片进行通信IP核设计，它可以将一系列不同的通信接口（如CAN、以太网、TCP/IP、RS232/485、I2C、SPI）以及不同的通信规程用一个通用的微处理器实现。

• 通信IP核设计的主要任务是通信规约算法设计。

3. 人机界面与任务调度模块：

• 人机界面主要设计键盘接口及LCD/LED/CRT等显示接口，利用ARM7强大的GPIO功能实现。

• 任务调度IP主要包括数据采集调度、信号处理调度、数据通信调度及人机界面调度等工作。采用源码公开的嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ为基础，将它移植到LPC2106 ARM微处理器中，在μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统基础上开发各种应用软件。

四、设计实例与验证

1. 设计实例：

• 用于热电偶温度测温的智能传感器的SOC设计实例。所有算法IP模块都加载到ALTERA公司的APEX20K的多芯片FPGA上，完成温度信号采集、A/D变换、低端补偿、线性化、程控放大等功能。

• 微处理器选用具有ARM IP核的Philips公司的LPC2106芯片，完成通信功能、实时时钟功能、人机接口功能及任务调度功能。

2. 验证与测试：

• FPGA的片上芯片经硬件仿真测试，其A/D采样、线性化算法、冷端温度补偿、多传感器融合等功能与算法都已通过实验验证。

• MCU的SOC在48MHz系统时钟的运行下，通过了通信、人机界面、实时日历时钟、任务调度管理等功能的实验，验证了该设计的可行性。

综上所述，基于APEX20K和ARM7 TDMI-S微处理器实现通用智能传感器IP核的设计是一个具有前瞻性和实用性的项目。通过采用SOC和IP核的设计方法，可以克服传统微处理器的不足，提高智能传感器的性能和可靠性。同时，该设计也为智能传感器的进一步发展和应用提供了新的思路和方法。