CN109271340A - 一种毫米级带传感器的超微型计算机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米级带传感器的超微型计算机。所述超微型计算机采用RISC‑V架构构建低于功耗阈值的计算机***，包括：基板，焊接在所述基板上的中央处理器、静态随机存储器、非易失性存储模块、数模转换模块、传感器、无线射频模块以及可休眠电源管理模块；所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、酸碱度传感器以及三轴陀螺仪传感器；所述中央处理器、所述静态随机存储器、所述非易失性存储模块以及可休眠电源管理模块通过高速***总线进行信息交互；所述数模转换模块、所述传感器以及所述无线射频模块通过低速***设备总线与高速***总线相连。本发明所提供的超微型计算机体积小，不受应用场景限制，且运行功耗极低。

Description

一种毫米级带传感器的超微型计算机

技术领域

本发明涉及计算机领域，特别是涉及一种毫米级带传感器的超微型计算机。

背景技术

随着芯片技术的发展和5G技术的到来，物联网终端设备未来会渗入到生活的方方面面，虽然目前的物联网设备已经趋于小型化和微型化，但仍然还有很多的场景下需要超微型的物联网终端设备。

比如在商品制造领域，超微型的设备附着在商品中，可以减少对原有商品外观设计的影响，同时还可以利用传感器收集有用的信息来保证产品的质量，如对于温度敏感的商品，可利用带温度传感器的超微型计算机来实现对温度的监控；现有对产品的温湿度测量、监控设备尺寸都比较大且功耗大，应用场景有限，一般在冷链物流中会用以整个冷藏车厢或冷藏柜为单位进行温度测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种毫米级带传感器的超微型计算机，以解决现有带传感器的监控设备尺寸大、功耗大以及应用场景受限的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种毫米级带传感器的超微型计算机，所述超微型计算机采用RISC-V架构构建低于功耗阈值的计算机***，所述超微型计算机包括：基板，焊接在所述基板的中央处理器、静态随机存储器、非易失性存储模块、数模转换模块、传感器、无线射频模块以及可休眠电源管理模块；所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、酸碱度传感器以及三轴陀螺仪传感器；

所述中央处理器、所述静态随机存储器、所述非易失性存储模块以及可休眠电源管理模块通过高速***总线进行信息交互；

所述数模转换模块、所述传感器以及所述无线射频模块通过低速***设备总线与高速***总线相连。

可选的，所述基板为超微型计算机的集成主板，所述基板上设有引脚接口，所述引脚接口与所述超微型计算机各个模块的引脚相匹配；所述各个模块包括所述中央处理器、所述静态随机存储器、所述非易失性存储模块、所述数模转换模块、所述传感器、所述无线射频模块以及所述可休眠电源管理模块。

可选的，所述中央处理器为超低功耗微处理器；所述超低功率微处理器的主频率范围为50～100MHz，采取支持2-3级变长流水线架构。

可选的，所述静态随机存储器的存储空间范围为8K～16K，所述静态随机存储器用于支持超微型计算机的启动。

可选的，所述非易失性存储模块为磁性随机存储器或闪存。

可选的，所述超微型计算机还包括：环形天线；

所述环形天线布置在基板的下方，所述环形天线与所述无线射频模块相连接，所述无线射频模块的通信频率范围为2.4GHz～5.8GHz。

可选的，所述可休眠电源管理模块包括3种管理模式，所述管理模式为运行模式、等待模式或睡眠模式；

所述可休眠电源管理模块具体包括低频时钟发生器、数据备份寄存器、重置单元以及电源管理单元；

所述低频时钟发生器用于保持所述超微型计算机在睡眠模式下的运行；

所述数据备份寄存器通过所述高速***总线与所述可休眠电源管理模块进行信息交互；所述数据备份寄存器与所述重置单元相连接；所述数据备份寄存器用于存储在睡眠前所述非易失性存储模块存储的数据，被唤醒后恢复所述数据；所述重置单元用于清空当前数据，所述当前数据包括所述数备份寄存器所存储的数据；

所述电源管理单元，用于根据当前状态转换管理模式。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种毫米级带传感器的超微型计算机，采用RISC-V架构构建低于功耗阈值的计算机***，且超低功耗微处理器采用2-3级变长流水线架构，同时采用相对较低的主频率，以减少功耗以及芯片面积；针对占用面积较大的非易失性存储模块，通过采用减少存储容量的方式，以减小芯片的占用面积；针对可休眠电源管理模块，通过管理模式转换，进一步减少功耗。本发明所提供的超微型计算机可以安装布置在任何位置(比如产品表面、包装内部等)，对单一产品进行精准测量；同时作为计算机可以与外部交互，让零售企业或消费者可以在不破坏产品包装的前提下通过智能手机应用与超微型计算机通信，了解产品指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的超微型计算机结构图；

图2为本发明所提供的超微型计算机各个模块之间的连接图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种毫米级带传感器的超微型计算机，能够简化监测设备、降低运行功耗，并解决应用场景受限的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的超微型计算机结构图，如图1所示，一种毫米级带传感器的超微型计算机，所述超微型计算机采用RISC-V架构构建低于功耗阈值的计算机***，所述超微型计算机包括：基板101，焊接在所述基板101的中央处理器、静态随机存储器103、非易失性存储模块104、数模转换模块105、传感器106、无线射频模块107以及可休眠电源管理模块108。所述传感器106包括温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、酸碱度传感器以及三轴陀螺仪传感器。所述中央处理器为超低功率微处理器。

RISC-V架构(读作“RISC-FIVE”)是基于精简指令集计算(RISC)原理建立的开放指令集架构(ISA)，V表示为第五代RISC(精简指令集计算机)。

图2为本发明所提供的超微型计算机各个模块之间的连接图，如图2所示，所述中央处理器、所述静态随机存储器103、所述非易失性存储模块104以及可休眠电源管理模块通过高速***总线进行信息交互。

所述数模转换模块105、所述传感器106以及所述无线射频模块107通过低速***设备总线与高速***总线相连。

在实际应用中，所述基板101为超微型计算机的集成主板，所述基板101上设有引脚接口，所述引脚接口与所述超微型计算机各个模块的引脚相匹配；所述各个模块包括所述中央处理器、所述静态随机存储器103、所述非易失性存储模块104、所述数模转换模块105、所述传感器106、所述无线射频模块107以及所述可休眠电源管理模块108。

基板101是超微型计算机的集成主板，使用硅衬底，蚀刻超微型计算机的布线以及各个模块的连接接口；组装时，将各个模块按照引脚焊接到基板101预留的引脚接口上即可。

基板101集成数据总线，总线使用双通道模式，分别是命令通道和数据通道，支持一主多从模式，不支持多主多从模式。

在实际应用中，所述中央处理器为超低功耗微处理器102；所述超低功率微处理器102的主频率范围为50～100MHz，采取支持2-3级变长流水线架构。

超低功耗中央处理器102主频在50～100MHz，采取支持2-3级变长流水线，(变长流水线根据指令类型的不同，会有不同的流水线长度，如果指令执行完毕需要将执行的结果写回内存，则采取3级流水线长度，如果不需要则采取2级流水线，因此会根据已经获取的指令和即将执行的若干指令来判断需要采取2级流水线还是3级流水线)最长的流水线为3级，分别是取指、译码+执行、回写，部分指令不需要回写，使用取指、译码+执行2级流水线，使用明确的静态分支预测技术，处理器内部采用指令缓存和数据缓存分离的方法。

在实际应用中，所述静态随机存储器103的存储空间范围为8K～16K，所述静态随机存储器103用于支持超微型计算机的启动。

静态随机存储器103大小为8K-16K，用于支持超微型计算机的启动；经测算，如果采用RV32MC指令集，计算机的启动程序所需的内存空间约为3K；如果采取RV32I指令集，计算机启动程序所需的内存空间约为4K，因此8K-16K足以支持超微型计算机的启动。

RV32MC中的“M”表示整数乘法除法标准扩展，“C”表示压缩指令标准扩展，RV是RISC-V的简称；RV32I中的“I”表示基本整数指令集。

在实际应用中，所述非易失性存储模块104为磁性随机存储器或闪存。

非易失性存储模块104可植入的大小约0.4平方毫米、存储空间约1MB的磁性随机存储器或闪存。

在实际应用中，所述超微型计算机还包括：环形天线；所述环形天线布置在基板101的下方，所述环形天线与所述无线射频模块107相连接，所述无线射频模块107为无线射频模块，所述无线射频模块107的通信频率范围为2.4GHz～5.8GHz。

在实际应用中，所述可休眠电源管理模块108包括3种管理模式，所述管理模式为运行模式、等待模式或睡眠模式。

所述可休眠电源管理模块108具体包括低频时钟发生器、数据备份寄存器、重置单元以及电源管理单元。

所述低频时钟发生器用于保持所述超微型计算机在睡眠模式下的运行。

所述数据备份寄存器通过所述高速***总线与所述可休眠电源管理模块108进行信息交互，所述数据备份寄存器与所述重置单元相连接；所述数据备份寄存器用于存储在睡眠前所述非易失性存储模块104存储的数据，被唤醒后恢复所述数据；所述重置单元用于清空当前数据，所述当前数据包括所述数备份寄存器所存储的数据。

所述电源管理单元，用于根据当前状态转换管理模式。

本发明提供了一种毫米级带传感器的超微型计算机，采用RISC-V架构，构建低功耗的、具备完整计算机***。同时提供传感器数据接口，可以将常见的温度、湿度、加速度、酸碱度等传感器与超微型计算机集成。制造工艺基于格罗方德半导体股份有限公司(Global Foundry)或台积电(TSMC)先进半导体制造工艺(7nm或14nm)，处理器功耗每兆赫兹可以控制在1～10微瓦，体积小，不受应用场景的限制，在不破坏产品包装的情况下，通过产品内超微型计算机即可了解产品的当前指标，同时采用低存储的存储器以及低主频率的处理器能够有效降低超微型计算机的功耗。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种毫米级带传感器的超微型计算机，其特征在于，所述超微型计算机采用RISC-V架构构建低于功耗阈值的计算机***，所述超微型计算机包括：基板，焊接在所述基板的中央处理器、静态随机存储器、非易失性存储模块、数模转换模块、传感器、无线射频模块以及可休眠电源管理模块；所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、酸碱度传感器以及三轴陀螺仪传感器；

所述中央处理器、所述静态随机存储器、所述非易失性存储模块以及所述可休眠电源管理模块通过高速***总线进行信息交互；

所述数模转换模块、所述传感器以及所述无线射频模块通过低速***设备总线与高速***总线相连。

2.根据权利要求1所述的超微型计算机，其特征在于，所述基板为超微型计算机的集成主板，所述基板上设有引脚接口，所述引脚接口与所述超微型计算机各个模块的引脚相匹配；所述各个模块包括所述中央处理器、所述静态随机存储器、所述非易失性存储模块、所述数模转换模块、所述传感器、所述无线射频模块以及所述可休眠电源管理模块。

3.根据权利要求1所述的超微型计算机，其特征在于，所述中央处理器为超低功耗微处理器；所述超低功率微处理器的主频率范围为50～100MHz，采取支持2-3级变长流水线架构。

4.根据权利要求1所述的超微型计算机，其特征在于，所述静态随机存储器的存储空间范围为8K～16K，所述静态随机存储器用于支持超微型计算机的启动。

5.根据权利要求1所述的超微型计算机，其特征在于，所述非易失性存储模块为磁性随机存储器或闪存。

6.根据权利要求1所述的超微型计算机，其特征在于，所述超微型计算机还包括：环形天线；

所述环形天线布置在基板的下方，所述环形天线与所述无线射频模块相连接，所述无线射频模块的通信频率范围为2.4GHz～5.8GHz。

7.根据权利要求1所述的超微型计算机，其特征在于，所述可休眠电源管理模块包括3种管理模式，所述管理模式为运行模式、等待模式或睡眠模式；

所述可休眠电源管理模块具体包括低频时钟发生器、数据备份寄存器、重置单元以及电源管理单元；

所述低频时钟发生器用于保持所述超微型计算机在睡眠模式下的运行；

所述数据备份寄存器通过所述高速***总线与所述可休眠电源管理模块进行信息交互；所述数据备份寄存器与所述重置单元相连接；所述数据备份寄存器用于存储在睡眠前所述非易失性存储模块存储的数据，被唤醒后恢复所述数据；所述重置单元用于清空当前数据，所述当前数据包括所述数备份寄存器所存储的数据；

所述电源管理单元，用于根据当前状态转换管理模式。