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第528章 工业之芯（第4页）

黑板上，画着工业计算机的“五大模块”

架构图——中央处理模块、存储模块、输入输出模块、通信模块、电源模块。

吕辰站在黑板前：“电路梳理已经结束。73类通用逻辑，1867个基本操作。这些，就是我们要做成芯片的东西。”

他指着黑板上的架构图：“按五大模块分类，我把这些通用逻辑分配到了26颗芯片上。”

他拿起粉笔，开始讲解芯片分类。

“中央处理模块是整台计算机的大脑，是唯一需要运行通用微程序的部分，要读取二维卡上的控制程序，并据此出指令。我们做一个4芯方案——1颗主控制核心运行主控微程序，负责顺序控制、连锁保护逻辑；1颗冗余监控核心，与主核心跑同样的程序，结果比对，不一致就报警或接管；2颗定点运算器，负责处理简单的算术运算，如计数、计时、累加。”

钱兰问：“完全不考虑浮点运算吗？”

“暂时不考虑。工业控制主要还是温度、压力、度，定点够用了。”

吕辰继续讲存储模块：“存储模块，我们做一个7芯方案。1颗程序存储器，固化操作系统和自检程序，只读；5颗数据存储器，暂存生产过程中的温度、压力、度等数据，可读写，每秒钟记一次，循环缓冲区；1颗参数存储器，存储工艺参数，可擦写，通过插二维卡加载。”

诸葛彪弹了弹烟灰：“5颗数据存储器？一条产线用得着这么多吗？”

钱兰摇头：“诸葛，你算算，温度、压力、度、位置、电流、电压，上百个数据点，每秒钟记一次，数据量不小。5颗只能算是勉强够用。”

“钱师姐说得对，先这样，不够再加。”

吕辰点点头，“输入输出模块是专用芯片最多的部分，负责与车间里的传感器、电机、阀门打交道。这是大头，保守估计，需要9颗。”

他掰着手指头数：“2颗数字量输入隔离，接收开关、按钮、限位开关的信号，光电隔离，保护计算机；2颗数字量输出驱动，驱动继电器、接触器、指示灯；2颗模拟量输入，将温度、压力、流量等连续信号转换为数字量；2颗模拟量输出，将数字控制量转换为模拟信号，控制变频器、调节阀；1颗热电偶Rtd接口，专门处理热电偶、热电阻信号的放大和线性化。”

诸葛彪又问：“热电偶和热电阻的接口电路不一样，一颗芯片能搞定？”

“信号调理部分做在一起，前端加一个可编程增益放大器，通过配置寄存器选择热电偶或热电阻模式。这样一颗就够了。”

诸葛彪点了点头，在本子上记下来。

接下来是通信模块，吕辰设计了一个3芯组合：1颗二维卡接口，读取微程序和数据；1颗串行通信控制器，实现Rs-232Rs-485协议，用于未来联网；再预留1颗无线通信控制器，用于多机协同。

“无线通信控制器，先不设计。”

吕辰说，“但接口要留出来。”

诸葛彪看着“无线通信控制器”

那一行，沉默了几秒：“吕辰，你说这个预留接口，什么时候能真正用上？”

“五年？十年？”

吕辰笑了笑，“先留出来，等那天来了，不用重新设计。”

最后是电源模块，这是一个3芯方案：电压监测冗余切换1颗，监控主电源，故障时在毫秒内切换到备用电源；过流过压保护1颗，监测电流电压，异常时切断输出；dc-dc转换器1颗，将24V工业电源转换为芯片所需的±5V、±12V。

他放下粉笔，转过身，看着台下。

“26颗芯片，只有中央处理模块的4颗是可编程的‘大脑’，其余22颗全是功能固定的专用芯片。”

他顿了顿：“22颗专用芯片采用5微米工艺，4颗可编程芯片用2微米工艺。”

钱兰抬起头，有些疑惑：“吕辰，可编程芯片用2微米工艺？杀鸡用牛刀了吧？”

吕辰摇了摇头：“不是为了追求性能。2微米工艺能在同样的面积下做冗余设计。4颗可编程芯片，每一颗内部都可以塞下三套逻辑电路，一套跑程序，两套做备份。车间里不能停机，冗余比性能重要。宋教授那边昆仑1流片失败的教训，咱们不能白吃——高性能芯片追求的是‘快’，工业计算机追求的是‘稳’。宁可面积大一点，功耗高一点，也要保证在车间里跑上三年不出岔子。”