“超新芯”赋能水表行业，国产替代与计量升级 ——龙芯1D超声波流量测计量芯片介绍

一、 公司简介
龙芯中科传承于中国科学院计算研究所，公司从创立开始，始终坚持自主创新，全面掌握CPU指令系统、处理器IP核、操作系统等计算机核心技术，打造自主开放的软硬件生态和信息产业体系，为国家战略需求提供自主、安全、可靠的处理器，为信息产业的创新发展提供高性能、低成本的处理器和基础软硬件解决方案。
龙芯中科主营业务为处理器及配套芯片的研制、销售及服务，主要产品与服务包括处理器及配套芯片产品与基础软硬件解决方案业务。目前，龙芯中科基于信息系统和工控系统两条主线开展产业生态建设，面向网络安全、办公与业务信息化、工控及物联网等领域与合作伙伴保持全面的市场合作，系列产品在电子政务、能源、交通、金融、电信、教育等行业领域已获得广泛应用。
龙芯中科总部设在北京，并在南京、合肥、金华、太原、广州、西安、武汉、成都、辽宁、鹤壁等地设有分支机构，服务网点遍布全国各省市自治区。龙芯中科（太原）技术有限公司作为龙芯中科的子公司之一，其主要负责超声波流量测计量芯片的测试，并提供对应行业的表计解决方案。
龙芯中科有三大系列CPU产品，龙芯3号CPU系列是面向桌面、服务器应用，龙芯2号SOC系列，面向工控和终端应用，龙芯1号面向的是嵌入式专门应用。龙芯的主要IP核均自主研发，目前龙芯的软硬IP核数量已经有上百种。

  图 1 龙芯中科三大系列CPU产品               

二、 龙芯1D芯片介绍
1、概述
作为龙芯1号小芯片家族中的一员，龙芯1D是龙芯自主设计研发的超声波流量测计量专用SOC芯片，主要应用于超声波水表、热量表、燃气表领域。龙芯1D集TDC与MCU为一体，将超声波流量测计量行业内双芯片方案简化为单芯片方案，降低了成本、提高了性能。龙芯1D芯片具有高精度、高安全性、高性价比、高集成度、低功耗等特点。
2、LS1D芯片技术技术参数
龙芯1D芯片集成 CPU、FLASH、TDC、超声波脉冲发生器、温度测量单元、SPI、UART、I2C、RTC、ADC、段式 LCD 控制器、空管检测、断线检测等功能模块。配合完善的编程、仿真、调试环境，大大简化超声波流量测量系统的软硬件设计。主要内部资源及技术参数，如图2所示。

图 2 龙芯1D技术参数

3、龙芯1D芯片技术特点
（1）安全可靠
完全自主设计：采用 LoongArch指令集，从整个架构的顶层规划，到各部分的功能定义，再到细节上每条指令的编码、名称、含义，在架构上进行自主重新设计，具有充分的自主性。
（2）单芯片方案
龙芯1D集TDC与MCU为一体，一颗芯片加上简单的外围电路即可以实现时差计算和流量计量。
（3）自动化测试
高度可配置的自动模式，不需要单片机进行控制。
（4）首波检测
可配置的首波检测，方便定义相对的首波位置，去除环境中的大部分噪声。
（5）状态检测
多状态检测，启动自动进行换能器在线检测，并支持实时空管事件报警提示。
4、 LS1D芯片配套服务与支持
（1）研发支持
超龙开发板是基于龙芯超声波流量测计量芯片龙芯1D搭建的快速测试、评估超声波流量转换器的硬件开发平台。

图3  超龙开发板

此款开发平台提供了超声波水表和热量表所需的全部硬件接口，用户还可根据实际开发需求，轻松通过跳线连接多种自定义外围设备； 配套软件包不仅提供了完整的套件编译开发环境，还备有用户友好的参数配置和单元功能测试用例，极大缩短了用户的开发周期。
板卡配套开发资料齐全，并配备视频教程。方便用户快速学习和方案评估，目前已有多个应用案例和成套解决方案，适用于超声波水表、超声波热量表等应用场景。
（2）产品化支持
① 超声波水表解决方案
各种小口径水表解决方案，包括硬件设计相关的原理图、PCB等，以及应用软件DEMO、算法等。

图4  超声波水表解决方案板           

② 批量离线烧录器
便携式龙芯1D批量离线烧录器，支持龙芯1D超声波水表电路板的程序批量烧录工作，提高超声波水表批量生产的工作效率。

图5  批量离线烧录器         

③ 超声波水表批量生产调试软件
能够实现超声波水表批量生产，可以快速、准确地完成大量表计的生产参数设置和标定、误差检测等工作，大大提高了生产效率。

图6   超声波水表批量生产调试软件

④ 便携式流量计量演示系统
便携式流量计量演示系统是模拟超声波水表工作运行场景，直观了解龙芯1D芯片超声波流量计量的完整功能，让水流动起来，让客户亲眼目睹其优异的表现。

     图7  便携式流量计量演示系统        

5、龙芯1D芯片主要优势
（1）自主可控
芯片为自研生产，实现技术自主，自己控制，便于查找问题分析问题，安全性高；技术自控，可根据实际需求进行定制升级。
（2）迭代更新
芯片迭代更新可以带来性能提升、能效优化、成本降低、集成度提高、软件兼容性增强、市场适应性提高等多方面的优势。
（3）品牌优势
国产CPU第一股；始终秉持为人民做龙芯的理念，深耕CPU研发二十余年，深受广大人民支持和喜爱。
（4）供应稳定
设计生产封装全部在国内完成，没有任何卡脖子环节，同一线晶圆代工厂合作紧密，产品供应链非常稳定。
（5）贴近服务
提供完善的技术支持，提供硬件和软件服务。
（6）降低成本
芯片集TDC与MCU为一体，集成度高，在保证测量性能的基础上，节省MCU模块，具有一定的成本优势。

审核编辑 黄宇