第528章 工业之芯(2 / 2)

每天下午五点,大家准时到大会议室开碰头会。

五个组轮流汇报进度,把当天发现的新模块念一遍,把遇到的问题摆出来,大家一起讨论解决方案。

有时候讨论热烈了,会开到七点多才散。食堂的炊事员把饭菜送到会议室,大家端着碗边吃边聊,嘴里的饭还没咽下去,就开始争论下一个问题。

到了4月28日,137条自动化产线,241条普通产线,全部完成。

钱兰把所有数据汇总,做成一张总表。

她的桌上,摊着五组交上来的标准模块手册,她一本一本地翻,一页一页地核。

五本手册,加起来八百多页,每一页都写着模块名称、功能描述、逻辑步骤、特殊需求、建议的硬件支持。

她把所有模块重新分类,按照“通用逻辑”和“专用逻辑”两个大类,整理出一张总表。

通用逻辑73类,1867个基本操作——都是绝大多数产线都会用到的读开关、驱动继电器、定时、计数、模拟量采集等基础操作,数量有限,但使用频率极高。

数字量输入/输出、模拟量输入/输出、热电偶/热电阻信号调理、定时器、计数器、比较器、逻辑运算、锁存器/触发器、脉冲捕捉、看门狗、电源监测与复位、光电隔离、通信接口……

钱兰在每一条后面都标注了使用频率和典型应用场景。

专用逻辑462个,以微程序形式写在二维卡上——都是某一条或某一类产线特有的控制算法,数量庞大,变化多样。

轧钢线的张力控制算法、热处理线的多段升温曲线控制、锻造线的位置同步控制、轴承线的磨削循环控制、飞剪的同步剪切算法、连轧的活套控制、酸洗线的张力与速度解耦……

吕辰在总表的末尾写了一行字:“通用逻辑做成硬件芯片,专用逻辑写成微程序模块。”

然后他站起来,走到黑板前,把这两行字写在最上面。

“电路梳理,到此结束。”他转过身,看着会议室里的人,“接下来,转战集成电路实验室。”

五月二日,假期刚过,第八组的设计室里,30人全部到齐,还有曾经参与星河CAD接口芯片设计的12名新人。

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,并据此发出指令。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、速度,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、速度等数据,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、速度、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-232/RS-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。”

钱兰恍然,在笔记本上记了一笔。

吕辰走到桌前,从帆布包里抽出一沓稿纸,那是他这几天写的《芯片功能规格说明书》的草稿。

他翻开第一页,念道:“8路数字量输入芯片。功能:接收8路开关量信号,光电隔离,响应时间小于1毫秒。输入电压范围:0-24V,逻辑0:0-5V,逻辑1:15-24V。隔离电压:2500Vrs。”

他把草稿放下,看着台下。

“每一颗芯片,都要写一份这样的规格书。功能、通道数、隔离要求、响应时间、保护功能,全部写清楚。”

曾祺站起来,走到黑板前:“方案已定,接下来分配任务。”

他拿起粉笔,在

“咱们还是按以前的分队。第一小队负责中央处理模块的4颗芯片,周建国牵头。”

“第二小队,负责存储模块的7颗芯片,陈晓牵头。”

“第三小队,负责输入/输出模块的9颗芯片,小张海牵头。”

“第四小队,负责通信模块的3颗芯片,孙丽牵头。”

“第五小队,负责电源模块的3颗芯片,刘刚牵头。”

他看了看旁边坐着的12个新人。

“第六小队、第七小队,机动支援。哪个模块任务重,就帮哪个模块。”

他放下粉笔,看着吕辰:“规格书,一周之内写完。”

吕辰点了点头:“写完规格书,下一步就是逻辑设计和版图。26颗芯片,按模块分工,各小队负责自己的那几颗。设计完成之后,交叉评审,互找bug。”

他提高声音:“工业计算机的芯片,和咱们之前设计的都不一样。咱们不追求性能,只追求可靠,要稳、要皮实。车间里的环境,高温、高湿、高粉尘、强电磁干扰,普通计算机扛不住,我们的工业计算机必须扛住。”

“所以,每一颗芯片的设计,都要考虑抗干扰、宽温工作、冗余保护。数字量输入要加滤波,模拟量输入要加钳位,电源芯片要加过压过流保护。这些,都写在规格书里。”

周建国举手:“吕师兄,中央处理模块的那4颗芯片,指令集怎么定?”

吕辰想了想:“从我们提炼出来的1867个基本操作里,挑出最常用的。读开关、驱动继电器、定时、计数、比较、跳转,这些做成硬件指令。其他的,用微程序实现。”

他拿起粉笔,在黑板上写了一行字:“精简指令集,约40-50条。”

“指令集的设计,理论组陈教授那边已经在做。等规格书写完了,我去找他碰。”

周建国点了点头,坐下来。

吕辰放下粉笔,宣布散会。

走廊里,阳光从窗户照进来,在地上投下一片金黄。

远处,红星轧钢厂的烟囱冒着白烟,在蓝天白云下缓缓升起。

高音喇叭还在播送着什么,声音模模糊糊地传过来,像某种遥远的背景音,已经没有人去分辨内容了。

吕辰站在窗前,看着那片烟囱,站了很久。

然后他转过身,拿起桌上的搪瓷缸子,喝了一口已经凉透的茶,继续翻开了下一份图纸。

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