Журнал "Новости Электроники", номер 16, 2008 год.
Журнал "Новости Электроники", номер 16, 2008 год.Микроконтроллеры NXP на ядре ARMАлександр Башлыков (NXP Semiconductors) Две трети рынка встраиваемых 32-разрядных микроконтроллеров занимают изделия на ядре ARM, а компания NXP Semiconductors уверенно занимает первое место в мире по объемам их производства. Предлагаем вашему вниманию обзор семейств 32-разрядных ARM-микроконтроллеров NXP.
Введение
Микроконтроллерное ядро ARM было разработано одноименной английской компанией, организованной в 1990 году и названо по имени компании - «Advanced RISC Machines». Следует заметить, что компания специализируется сугубо на разработке микропроцессорных ядер и периферийных блоков, при этом не имея собственных производственных мощностей. Компания ARM поставляет свои разработки в электронной форме, например в формате Verilog, на их основе клиенты конструируют свои собственные микроконтроллеры. Клиентами Advanced RISC Machines являются свыше 60 компаний-производителей полупроводников.
В настоящее время архитектура ARM занимает лидирующие позиции и охватывает 75% рынка 32-разрядных встраиваемых RISC-микропроцессоров. Распространенность данного ядра объясняется его стандартностью, что дает разработчику возможность более гибко использовать как свои, так и сторонние программные наработки, как при переходе на новое процессорное ARM-ядро, так и при миграциях между разными типами ARM-микроконтроллеров.
Общие для всех процессоров семейства ARM9 возможности:
Высокопроизводительный 32-разрядный ARM RISC-механизм;Гарвардская архитектура с раздельными шинами команд и данных;Пятиуровневый конвейер;Модуль, выполняющий операцию перемножения/аккумулирования 16x32 за один цикл;Гибкая синхронизация CPU и шины, включая асинхронную, синхронную и однотактовую конфигурации;Thumb 16-разрядная система команд;Встроенные возможности Embedded ICE JTAG отладки программного обеспечения;Возможность адаптации к перспективным CMOS-технологиям с меньшими топологическими нормами;Совместимость с низковольтными CMOS-технологиями;100% совместимость двоичных кодов пользователя с ARM7;Возможность интеграции класса «система-на-кристалле» со встроенным тестированием в процессе производства.В таблице 1 приведены основные представители микроконтроллеров NXP с процессорным ядром ARM9, выпускаемые в настоящий момент.
Таблица 1. Микроконтроллеры NXP с процессорным ядром ARM9 Модель Ядро Кол-вовыводов ОЗУ, кБ Кэш, кБ CAN USB Ethernet Memory interface Тактовая частота, МГц LPC3180 ARM926EJ-S 320 64 64 нет Host/Device/OTG нет SDRAM, NAND 208 LPC3220 ARM926EJ-S 289 128 64 нет Host/Device/OTG нет SDRAM, NAND 266 LPC3230 ARM926EJ-S 289 256 64 нет Host/Device/OTG нет LCD, SDRAM, NAND 266 LPC3240 ARM926EJ-S 289 256 64 нет Host/Device/OTG есть SDRAM, NAND 266 LPC3250 ARM926EJ-S 289 256 64 нет Host/Device/OTG есть LCD, SDRAM, NAND 266 LPC2917 ARM968E 144 48 32 2 Нет нет 8/16/32 бит SRAM 80 LPC2919 ARM968E 144 48 32 2 Нет нет 8/16/32 бит SRAM 80
Описание микроконтроллера LPC3180
На рис. 1 представлена обобщенная структурная схема микроконтроллера серии LPC3180.
Рис. 1. Обобщенная структурная схема МК LPC3180
Ключевые характеристики LPC3180:
процессор ARM926EJ-S с 32 кБ кэша программ и 32 кБ кэша данных, работающих с частотой до 208 МГц;64 кБ SRAM (Статическое ОЗУ, быстродействующая память, используемая для хранения данных);Способ передачи данных: SDR (тактирование по активному фронту) и DDR (тактирование по обоим фронтам, увеличение быстродействия в 2 раза) SDRAM, NAND flash (режим блочной передачи данных);DMA-контроллер, который может быть использован с картой SD и интерфейсом SPI для передачи типа память-память;USB 2.0 full-speed (Скорость работы до 12 Мбит/с);Многослойная шина AHB обеспечивает отдельную шину для каждого ведущего устройства;Многочисленные последовательные интерфейсы, включая семь UART (Четыре стандартных со скоростью передачи данных до 460800 бит/с, и три специализированных быстродействующих, со скоростью 921600 бит/с, один из которых irDA), два диспетчера SPI (работающих с большим диапазоном последовательных периферийных устройств и памяти), и два интерфейса шины I2C(работает на 400 кГц);Контроллер памяти SD (обеспечивает доступ к внешним картам с памятью SD, соответствует Card Specification Version 1.01);Свыше 55 GPIO (входные/выходные выводы общего назначения). Включает 12 GPI (на вход), 24 GPO(на выход), и шесть GPIO;10-битный трехканальный АЦП с входным мультиплексированием (существует возможность понижения точности преобразования, для увеличения скорости вычисления);Часы реального времени с отдельным блоком питания, тактируемые 32 кГц генератором частоты;32-битовый универсальный высокоскоростной таймер с 16-битным предделителем с возможностью входного захвата и выходного сравнения;32-битовый таймер миллисекунд, тактируемый от RTC. Прерывания могут быть сгенерированы путем использования двух соответствующих регистров;Watchdog timer (сторожевой 32-разрядный таймер, препятствует зависанию программ, может использоваться как стандартный таймер);Два блока PWM, тактируемые от RTC;Стандартное средство отладки и тестирования ARM (эмуляция и отладка через последовательный порт JTAG);Блок PLL (ФАПЧ, коррекция расфазирования синхросигналов);Внутрикристальный генератор (По умолчанию используется для тактирования большинства устройств. Генератор может использоваться с частотой между 1 МГц и 20 МГц);Переход в низкое энергопотребление (При снижении нагрузки).
Описание микроконтроллеров
серии LPC32xx
По сравнению с МК LPC3180 в этом семействе появились следующие дополнения и улучшения (рис. 2):
Тактовая частота увеличена до 266 Гц;Размер оперативной памяти увеличен до 256 кБ;Добавлены контроллеры ЖК, Ethernet;Улучшен интерфейс внешней памяти, позволяющий работать с оперативной памятью типа DDR;Модифицирован АЦП, который позволяет теперь непосредственно подключить сенсорный экран.
Рис. 2. Обобщенная структурная схема МК LPC32xx
Описание микроконтроллеров серии LPC29xx
На рис. 3 представлена обобщенная структурная схема микроконтроллеров серии LPC29xx.
Рис. 3. Обобщенная структурная схема МК LPC29xx
Ключевые характеристики LPC2917 и LPC2919:
процессор ARM968E-S ,работающий с частотой до 80 МГц.Внутрикристальная память:
- 16 кБ кэша программ и 16 кБ кэша данных,
- Две раздельных внутренних SRAM; 32 кБ SRAM и 16 кБ SRAM,
- 768 кБ flash-памяти программ;
Средства поддержки разработчика
Для МК на ядрах ARM9 имеются следующие средства разработки:
1) CodeMaster-ARM - набор программно-аппаратных средств, предназначенный для разработки и отладки систем на базе микроконтроллеров ARM7/ARM9.
Концепция CodeMaster-ARM - объединение текстового редактора, менеджера проектов, компиляторов, программного отладчика-симулятора, аппаратного JTAG-эмулятора и программатора в рамках единой интеллектуальной среды разработки.
Программный интерфейс пакета унифицирован и обеспечивает все этапы разработки программного обеспечения от написания исходного текста программы до ее компиляции и отладки.
Программное обеспечение работает в среде Windows-98/ME/NT/2000/XP/Vista.
В состав комплекта инструментальных средств CodeMaster-ARM входят:
Интегрированная среда разработки CM-ARM, объединяющая все программные компоненты системы в единый комплекс:
многооконный редактор и менеджер проектов;компилятор CMC-ARM, включающий Си-компилятор, макроассемблер, линкер и утилиты;оптимизированный GNU GCC-компилятор в качестве альтернативного бесплатного компилятора;программный симулятор ядра ARM7, ARM9;драйвер аппаратного JTAG-эмулятора JEM-ARM;программное обеспечение программатора FLASH;Аппаратный JTAG-эмулятор JEM-ARM и совместимые с ним тестовые платы LPC29xx, LPC31xx, LPC32xx.
2) Keil - набор программно-аппаратных средств, предназначенный для разработки и отладки систем на базе микроконтроллеров.
Среда mVision от компании Keil объединяет систему управления проектами, систему разработки и редактор исходных кодов, интерактивный отладчик и симулятор в одном мощном инструменте. Система разработки программного обеспечения mVision проста в использовании и помогает быстро создать программы, которые действительно работают. Редактор и отладчик mVision интегрированы в одно приложение, которое представляет взаимосвязанные инструменты для разработки программного обеспечения.
Отладчик mVision от компании Keil поддерживает режим симуляции с использованием только персонального компьютера или ноутбука, а также режим отладки, взаимодействуя с целевой системой (однокристальным микроконтроллером) с помощью соответствующего интерфейса. mVision включает такие традиционные свойства, как простые и условные точки останова, окна наблюдения состояния переменных и контроля исполнения программы, а также такие специфические свойства, как трассировка, профилировка, маркировка выполненных команд и логический анализ.
3) Для МК семейства LPC32xx компания Phytec выпустила отладочный комплект phyCORE®-ARM9/LPC3250 RDK (рис. 4).
Рис. 4. Отладочный комплект phyCORE®-ARM9/LPC3250 RDK
Существуют 5 различных конфигураций поставки:
Базовая: Модуль phyCORE-ARM9/LPC3250 (PCM-040), несущая плата phyCORE-ARM9/LPC3250 (PCM-967), макетная плата Bare PCB (PCM-988), Straight Ethernet-кабель, последовательный кабель, кабель USB Standard A to mini-B, адаптер питания, схемы, Spektrum-CD с необходимым ПО, компилятор, примеры программ и документация, опционально LCD - Hitachi 3.5» QVGA TFT-LCD (KLCD-011)
Linux: Базовая + PHYTEC Tool CD с Linux OS, загрузчики OS, GCC-компилятор, документация в электронном виде
Базовая + PHYTEC Tool CD с Linux OS, загрузчики OS, GCC-компилятор, документация в электронном видеWinCE: Базовая + PHYTEC Tool CD с WinCE OS, загрузчики OS, GCC-компилятор, документация в электронном виде, 180 дней пользования Windows Embedded CE 6.0 Visual Studio и Platform Builder Evaluation CD
Keil: Базовая + Keil ULINK2 USB-JTAG, Keil RealView MDK for Embedded Applications CD
IAR: базовая + JLink USB-to-JTAG интерфейс (IAR-JLink), IAR Embedded Workbench Kickstart CD
4) Для МК семейства LPC29xx компании Hitex и Keil выпустили отладочные комплекты, которые укомплектованы оценочными платами, JTAG-отладчиками и всем необходимым для разработчика программным обеспечением.
Компания NXP поставляет большинство отладочных компонентов, выпускаемых компаниями-партнерами, через свою дистрибьюторскую сеть.
Развитие линейки ARM9-микроконтроллеров
В течение ближайших шести месяцев компания NXP планирует выпустить несколько новых линеек микроконтроллеров на базе ядер ARM968E и ARM926EJ:
семейство LPC292x/293x для использования в системах управления двигателями и промышленных сетях;МК со встроенным интерфейсом High Speed USB, позволяющим передавать информацию со скоростью до 480 Мбит/сек;линейку LPC313x с расширенными аналоговыми функциями, интерфейсом ATA, встроенной системой управления питания компонентов на плате. Также в этом семействе будет реализована поддержка новейшего интерфейса SDHC (Secure Digital High Capacity), поддерживающий флеш SD-карточки объемом более 8 Гб.Ответственный за направление в КОМПЭЛе - Валерий Куликов
Вернуться к содержанию номера
Рекомендуемый контент