嵌入式系统

嵌入式应用对微处理器的需求

2025China.cn   2015年02月28日

  低成本和更快的面市时间一直是嵌入式产品生产商的不懈追求,在此需求下,高性价比、高集成度、高度灵活的微处理器解决方案可以说扮演着重要的角色,这些高度灵活的微处理器能帮助终端产品在性能、价格竞争日益激烈的市场环境中脱颖而出。

  更高的集成度和更丰富的外设

  集成度的提高将带来更丰富的功能、更小的封装尺寸,还可以有效的降低系统功耗,简化工程师的设计。随着对集成度更高的要求,微处理器片上不但要集成高性能内核、大容量内存、大量灵活的I/O和外设接口,还可能要有加密、定时和系统保护等高级功能模块。

  例如,飞思卡尔半导体公司的ColdFire系列32位微处理器具有100%的模块化架构,因此更易于与存储器、系统模块和通信外设相集成,从而有效提高了芯片的集成度,且更容易适应新的加工工艺。如图1 所示,基于ColdFire V1内核的MCF51JM128器件除了集成16KB SRAM,还具有高达128KB的片上闪存,使用户在各种实际环境中都可以充分利用在线编程功能。有效的利用片上存储器能使工程师不需要再用损失性能的代价去换取更低的系统成本。

  

图1 MCF51JM128顶层方框图

 

  此外,根据系统的性能需求,USB、I2C和SPI接口等外设都已能够集成于单芯片之上。例如,针对工业自动化和控制应用的微处理器需要集成控制器局域网(CAN)模块,而对于寻求灵活的USB连接的开发人员,集成的USB控制器大大简化了设计复杂度。以MCF51JM128为例,它具有一个集成的USB控制器,支持USB 2.0全速主机、设备和On-The-Go(OTG)的配置,可以让各种应用实现通用的、经济型即插即用连接。

  出色的低功耗特性

  低功耗设计的需求已经从传统的便携式产品逐渐向各类应用不断蔓延,微控制器除了本身的功耗,往往还担负着对于其他组件功耗控制的功能。

  在低功耗性能方面,飞思卡尔的MCF51JM128共有四种低功耗模式,能在低功耗的状态下继续执行采样功能,有助于降低系统总功耗。如表1所示,Flexis系列的首款产品QE128(MC9S08QE128 和MCF51QE128)除了正常工作模式还有以下五种节能模式。

  表1 QE128的五种节能模式

  

 

  ●与普通运行模式相比,低功耗运行模式将稳压器设置为待机状态,从而节省更多的电能。

  ●在等待模式下,中央处理器(CPU)将关闭。等待模式根据总线频率的不同可以比运行模式节省30%~60%的电流。总线频率越高,电能节省的幅度就越大。

  ●用户只能由低功耗运行模式进入低功耗等待模式,与低功耗运行相比,低功耗等待一般可以节省50%的电流消耗。

  ●停止3模式将系统时钟终止,并将稳压器置为等待状态。

  ●停止2模式是QE128耗能最低的模式,该模式将中断系统时钟,并使稳压器断电。

  强大的软件和开发工具支持

  众所周知,对于开发者而言,强大的软件和开发工具支持将带来极大的自由度和更多样的手段。充分利用编译器、汇编器、连接器、调试器、代码转换器、仿真器和评估测试工具的支持,不但能有效缩短产品的设计周期,使其更快速的进入市场,还能够使最终产品更有特色。

  Flexis JM系列的两种评估工具套件可有效简化设计流程。经济型的DEMOJM演示套件配有8位或32位的Flexis JM子板,使开发人员体验真正的8位到32位的兼容性。

  灵活的兼容性

  使用相同的外设和开发工具能够实现最终的移植灵活性。多种器件之间引脚对引脚的兼容性保证了微处理器之间可以在不需重新设计电路板的条件下实现互换,工程师无须再将宝贵的资源耗费在重新设计上,外设的兼容性也使得在产品转移的过程中可以重复使用软件。

  以Freescale的微处理器为例,从入门级的RS08到最高性能的ColdFire V4,控制器统一结构系列为上下兼容移植提供了简单的路径。Flexis系列的推出更是实现了8位和32位微处理器间简单方便的移植,单一开发工具和相同的外设也节省了8 位和32 位之间的软件投资,并且引脚兼容使得在8 位和32 位之间互换时最大可能的实现了硬件的重复使用。

  以新推出的Flexis JM系列为例,它包括32位的MCF51JM128(ColdFire V1内核)和8位的MC9S08JM60(S08内核),它们的软件和引脚都是兼容的,设计人员能够快速轻松地从简单的8位设计移植到需要32位性能的更复杂的应用设计上去。此外,由于V1内核是V2 内核的简化版本,保留了ColdFire 内核微架构所共用的寻址模式和指令定义,一旦从 S08架构转换到V1内核,就有机会进一步沿性能路线图向上移植到其他所有的 ColdFire 内核(V2~V4)。

  独特的兼容架构路线图

  为了帮助设计人员以最好的价格找到性能最合适的解决方案,飞思卡尔创建了Controller Continuum。飞思卡尔的Controller Continuum最初于2006年第一季度推出,主要面向消费电子和工业应用。它是业界的首个,也是唯一的一个兼容8位和32架构的产品路线图,具备针脚兼容的设备,并共用外围设备与开发工具。由于Controller Continuum通过采用通用的外围设备、工具和软件,因此可以为各种消费和工业微控制器(MCU)系列产品提供了环环相扣的兼容性,从而可实现无限的灵活度。

  Controller Continuum消除了传统的比特位界限,使得飞思卡尔的8位微控制器可以轻松地与更高性能的32位ColdFire?器件进行相互移植。设计人员可以利用8位和32位MCU所共用的软件和硬件开发工具开发新的应用,并且随着产品的成熟,它们还可以更加轻松地升级为下一代产品。

(转载)

标签:嵌入式 处理器 控制器 我要反馈 
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