加速儀器儀表自主可控與國(guó)產(chǎn)替換 龍芯推出水熱氣表專用測(cè)計(jì)量芯片

近日，二十屆三中全會(huì)明確提出儀器儀表要實(shí)現(xiàn)自主可控的目標(biāo)，為我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向。在這一背景下，國(guó)內(nèi)水表、氣表、熱表（以下簡(jiǎn)稱“水熱氣表”）行業(yè)的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題備受關(guān)注。目前，我國(guó)水熱氣表的國(guó)產(chǎn)化率普遍較低，特別是核心元器件依賴國(guó)外進(jìn)口和技術(shù)路線，自主性和可控性都亟待提高。為了突破這一現(xiàn)狀，龍芯中科積極響應(yīng)國(guó)家政策，成功推出水熱氣表專用的超聲波測(cè)計(jì)量芯片，為實(shí)現(xiàn)儀器儀表的自主可控與國(guó)產(chǎn)替換邁出了重要一步。

一、國(guó)內(nèi)水熱氣表行業(yè)現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)水熱氣表市場(chǎng)的大部分份額被國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)，國(guó)產(chǎn)化程度嚴(yán)重不足。造成這種局面的主要原因之一就是核心元器件的國(guó)產(chǎn)化率極低。水熱氣表中的核心元器件，如測(cè)計(jì)量芯片等，對(duì)水表、氣表和熱表的性能、精度和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。然而，這些關(guān)鍵元器件高度依賴國(guó)外進(jìn)口和國(guó)外技術(shù)路線，不僅增加了產(chǎn)品成本，還存在供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)，容易受到國(guó)際形勢(shì)、貿(mào)易政策等因素的影響。此外，由于缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，國(guó)內(nèi)表企在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級(jí)方面也受到一定限制，難以滿足市場(chǎng)日益多樣化的需求。

二、龍芯推出水熱氣表專用測(cè)計(jì)量芯片

另一方面，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，水熱氣表作為能源計(jì)量的重要工具，其市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)。然而，核心元器件依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了我國(guó)水熱氣表行業(yè)的發(fā)展，也給國(guó)家能源管理和公共服務(wù)帶來(lái)了潛在風(fēng)險(xiǎn)。在這樣的背景下，實(shí)現(xiàn)水熱氣表核心元器件的自主可控和國(guó)產(chǎn)化替代，成為保障國(guó)家能源安全、提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。

龍芯中科作為國(guó)產(chǎn)芯片研發(fā)領(lǐng)軍企業(yè)，二十多年來(lái)一直致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)芯片的發(fā)展和應(yīng)用。為了解決水熱氣表核心芯片依賴國(guó)外技術(shù)產(chǎn)品的問(wèn)題，龍芯中科經(jīng)過(guò)深入研發(fā)，推出了首款全自主水熱氣表專用流體測(cè)量芯片——龍芯1D。該芯片的推出，是龍芯中科在儀器儀表領(lǐng)域的重要布局，旨在打破國(guó)外技術(shù)壟斷，為國(guó)內(nèi)表企提供具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心芯片解決方案。

三、龍芯超聲波流量測(cè)計(jì)量芯片介紹

1、龍芯1D概述
作為龍芯1號(hào)小芯片家族中的一員，龍芯1D是龍芯自主設(shè)計(jì)研發(fā)的超聲波流量測(cè)計(jì)量專用SOC芯片，主要應(yīng)用于超聲波水表、熱量表、燃?xì)獗眍I(lǐng)域。龍芯1D集TDC與MCU為一體，將超聲波流量測(cè)計(jì)量行業(yè)內(nèi)雙芯片方案簡(jiǎn)化為單芯片方案，降低了成本、提高了性能。龍芯1D芯片具有高精度、高安全性、高性價(jià)比、高集成度、低功耗等特點(diǎn)。
2、龍芯1D技術(shù)參數(shù)
龍芯1D芯片集成 MCU、FLASH、TDC、超聲波脈沖發(fā)生器、溫度測(cè)量單元、SPI、UART、I2C、RTC、ADC、段式 LCD 控制器、空管檢測(cè)、斷線檢測(cè)等功能模塊。配合完善的編程、仿真、調(diào)試環(huán)境，大大簡(jiǎn)化超聲波流量測(cè)量系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。主要內(nèi)部資源及技術(shù)參數(shù)，如圖1所示。

圖1 龍芯1D技術(shù)參數(shù)

3、龍芯1D內(nèi)部結(jié)構(gòu)
龍芯1D按內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為測(cè)量模塊、處理器子系統(tǒng)、電源管理模塊和顯示模塊 4 大部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 龍芯1D結(jié)構(gòu)圖

處理器子系統(tǒng)是整個(gè)芯片的控制核心，它包含了處理器內(nèi)核以及 FLASH、SPI、ADC、串口控制器以及 I2C 等外設(shè)模塊，其電源可以單獨(dú)關(guān)閉以節(jié)約系統(tǒng)功耗。測(cè)量模塊（SNRTHS）包含脈沖發(fā)生器、模擬比較器和TDC等，該模塊具有獨(dú)立的電源控制模塊用于非測(cè)量期間關(guān)閉電源來(lái)降低功耗。顯示模塊最大支持 96 段的 LCD 顯示和獨(dú)立的電源控制模塊，芯片其他模塊的電源可以由軟件實(shí)現(xiàn)靈活的關(guān)斷和開(kāi)啟以實(shí)現(xiàn)性能和功能的最優(yōu)配置。
4、龍芯1D技術(shù)特點(diǎn)
1）安全可靠
完全自主設(shè)計(jì)：采用 LoongArch指令集，從整個(gè)架構(gòu)的頂層規(guī)劃，到各部分的功能定義，再到細(xì)節(jié)上每條指令的編碼、名稱、含義，在架構(gòu)上進(jìn)行自主重新設(shè)計(jì)，具有充分的自主性。
2）單芯片方案
龍芯1D集TDC與MCU為一體，一顆芯片加上簡(jiǎn)單的外圍電路即可以實(shí)現(xiàn)時(shí)差計(jì)算和流量計(jì)量。
3）自動(dòng)化測(cè)試
高度可配置的自動(dòng)模式，不需要單片機(jī)進(jìn)行控制。
4）首波檢測(cè)
可配置的首波檢測(cè)，方便定義相對(duì)的首波位置，去除環(huán)境中的大部分噪聲。
5）狀態(tài)檢測(cè)
多狀態(tài)檢測(cè)，啟動(dòng)自動(dòng)進(jìn)行換能器在線檢測(cè)，并支持實(shí)時(shí)空管事件報(bào)警提示。
5、龍芯1D競(jìng)爭(zhēng)力
1）自主可控
芯片為自研生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)自主，自己控制，便于查找問(wèn)題分析問(wèn)題，安全性高；技術(shù)自控，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制升級(jí)。
2）降低成本
芯片集TDC與MCU為一體，集成度高，在保證測(cè)量性能的基礎(chǔ)上，節(jié)省MCU模塊，具有成本的顯著優(yōu)勢(shì)。
3）服務(wù)完善
提供完善的技術(shù)支持，提供硬件和軟件服務(wù)。
4）品牌優(yōu)勢(shì)
國(guó)產(chǎn)CPU第一股，始終秉持為人民做龍芯的理念，深耕CPU研發(fā)二十余年，深受廣大人民支持和喜愛(ài)。
5）供應(yīng)穩(wěn)定
設(shè)計(jì)生產(chǎn)封裝全部在國(guó)內(nèi)完成，沒(méi)有任何卡脖子環(huán)節(jié)，同一線晶圓代工廠合作緊密，產(chǎn)品供應(yīng)鏈非常穩(wěn)定。
6）迭代更新
芯片迭代更新可以帶來(lái)性能提升、能效優(yōu)化、成本降低、集成度提高、軟件兼容性增強(qiáng)、市場(chǎng)適應(yīng)性提高等多方面的優(yōu)勢(shì)。

四、龍芯水熱氣表專用測(cè)計(jì)量芯片的作用和意義

1.提升水熱氣表的國(guó)產(chǎn)化率：龍芯 1D芯片的推出為國(guó)內(nèi)水熱氣表企業(yè)提供了關(guān)鍵的核心元器件，有助于提高水熱氣表的整體國(guó)產(chǎn)化水平，降低對(duì)國(guó)外芯片的依賴，增強(qiáng)我國(guó)在該領(lǐng)域的自主供應(yīng)能力。
2.保障能源計(jì)量安全：自主可控的測(cè)計(jì)量芯片能夠確保水熱氣表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、安全性和穩(wěn)定性，防止數(shù)據(jù)被篡改或泄露，為國(guó)家能源管理和計(jì)費(fèi)提供可靠依據(jù)，保障能源計(jì)量安全。
3.促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)：擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片將激發(fā)國(guó)內(nèi)表企的技術(shù)創(chuàng)新活力，推動(dòng)水熱氣表行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級(jí)。企業(yè)可以根據(jù)市場(chǎng)需求和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)出更多功能豐富、性能優(yōu)越的水熱氣表產(chǎn)品。
4.降低產(chǎn)品成本：國(guó)產(chǎn)化芯片的應(yīng)用可以減少進(jìn)口芯片的采購(gòu)成本，降低水熱氣表的整體生產(chǎn)成本，提高國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，為用戶帶來(lái)實(shí)惠。
5.構(gòu)建自主產(chǎn)業(yè)生態(tài)：龍芯水熱氣表專用測(cè)計(jì)量芯片的推出，有助于吸引更多國(guó)內(nèi)企業(yè)參與到水熱氣表產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，形成從芯片設(shè)計(jì)、制造到表具生產(chǎn)、系統(tǒng)集成的完整自主產(chǎn)業(yè)生態(tài)，提升我國(guó)在儀器儀表領(lǐng)域的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

五、合作呼吁與展望

龍芯中科希望廣大表企能夠積極與龍芯合作，采用龍芯芯片進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。為了支持合作伙伴，龍芯將提供以下支持與服務(wù)：

基于超龍開(kāi)發(fā)板的研發(fā)支持：超龍開(kāi)發(fā)板是基于龍芯 1D 搭建的用于快速測(cè)試、評(píng)估超聲波流量轉(zhuǎn)換器的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它提供了超聲波水表和熱量表所需的全部硬件接口，配套資料豐富，包括應(yīng)用開(kāi)發(fā)系列視頻教程，方便用戶快速學(xué)習(xí)和方案評(píng)估，目前已有多個(gè)應(yīng)用案例和成套解決方案。

流量表計(jì)產(chǎn)品化支持：包括批量離線燒錄器，可支持龍芯 1D 流量表計(jì)電路板程序的批量燒錄，提高批量生產(chǎn)效率；流量表計(jì)批量生產(chǎn)調(diào)試系統(tǒng)，能夠輔助進(jìn)行流量表計(jì)批量自動(dòng)化生產(chǎn)，大幅提高生產(chǎn)效率；便攜式流量計(jì)量演示系統(tǒng)，可模擬超聲波水表工作運(yùn)行場(chǎng)景，直觀展示各項(xiàng)功能，還可裝配其他廠家的表計(jì)進(jìn)行功能性能比較。

在國(guó)家政策的引導(dǎo)和市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，龍芯中科有信心與廣大表企攜手共進(jìn)，共同推動(dòng)水熱氣表行業(yè)的自主可控和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。通過(guò)采用龍芯水熱氣表專用測(cè)計(jì)量芯片，國(guó)內(nèi)表企將能夠提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、安全、可靠的水熱氣表產(chǎn)品。同時(shí)，這也將為我國(guó)儀器儀表行業(yè)的發(fā)展注入新的動(dòng)力，助力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和技術(shù)創(chuàng)新，為國(guó)家的能源管理和公共服務(wù)做出更大貢獻(xiàn)。

相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著龍芯芯片在水熱氣表領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我國(guó)水熱氣表行業(yè)將迎來(lái)嶄新的發(fā)展局面，實(shí)現(xiàn)真正的自主可控和國(guó)產(chǎn)化替代，為國(guó)家的科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力支撐。

我們期待更多的表企能夠積極響應(yīng)，與龍芯中科開(kāi)展深入合作，共同開(kāi)創(chuàng)我國(guó)水熱氣表行業(yè)的美好未來(lái)！

審核編輯 黃宇