基于ARM高速閃存MCU應(yīng)對市場需求

精品文檔-下載后可編輯基于ARM高速閃存MCU應(yīng)對市場需求嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它是將先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，因此它是一個(gè)高度密集、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。

嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件的部分，飛利浦推出十余款基于ARM7的高性能低功耗LPC2000系列微控制器，來滿足不斷增長的嵌入式市場需求。

這一系列新款微控制器LPC2114/2124/2119/2129/2194、LPC2210/2212/2214、LPC2290/2292/2294在高性能低功耗的基礎(chǔ)上提供了增強(qiáng)的通信功能和片上代碼保護(hù)機(jī)制。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適用于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟調(diào)制解調(diào)器等。6通道的PWM更能用于復(fù)雜的馬達(dá)控制應(yīng)用?？傊w利浦ARM嵌入式微控制器應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、通信、安防系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航空航天、汽車和消費(fèi)電子等，覆蓋了從低端到高端的嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用。

以ARM7微的體系架構(gòu)

以LPC2214為例，其結(jié)構(gòu)框圖如下:

圖1LPC2214結(jié)構(gòu)框圖

LPC2214的CPU是一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S處理器，該款處理器主要用于對功耗和成本要求比較苛刻的應(yīng)用。由于使用了三級流水線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了指令的高效執(zhí)行。ARM7TDMI-S處理器除了支持標(biāo)準(zhǔn)32位ARM指令集，也支持16位的THUMB指令集，THUMB代碼僅為ARM代碼規(guī)模的65%，但其性能卻相當(dāng)于連接到16位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的相同ARM處理器性能的160%。

中斷控制器和外部總線控制器是通過AMBA高性能總線實(shí)現(xiàn)與CPU接口的，外部總線控制器支持8/16/32位外部存儲(chǔ)器。

LPC2214片內(nèi)外設(shè)通過VPB總線，AHB到VPB的橋與AHB總線相連。同時(shí)其具有多個(gè)串行接口,包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、高速I2C接口和2個(gè)SPI接口。它還具有8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間可低至2.44uS；2個(gè)32位定時(shí)器；PWM單元；實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門狗，112個(gè)通用I/O口；2個(gè)低功耗模式：空閑和掉電。

片上集成高速閃存

LPC2000系列的片上閃存專為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)。采用0.18微米的工藝，雙晶體管單元和耐久的寫/擦機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)寫/擦一萬次，128位寬的優(yōu)化陣列，零等待的訪問，使程序可以全速運(yùn)行。同時(shí)還提供對片上程序保護(hù)機(jī)制，防止代碼被復(fù)制。

圖2存儲(chǔ)器加速模塊

LPC2000系列微控制器能夠?qū)崿F(xiàn)零等待訪問的高速閃存，這主要?dú)w功于片上的存儲(chǔ)器加速模塊。圖2為存儲(chǔ)器加速模塊的結(jié)構(gòu)框圖。128位寬度的閃存陣列通過單獨(dú)的局部總線與處理器接口，每周期可為ARM內(nèi)核提供四條32位指令。這使得MCU無需經(jīng)過等待狀態(tài)就可直接從閃存上執(zhí)行指令，從而消除了一般閃存讀取時(shí)的等待時(shí)間。

存儲(chǔ)器加速模塊的作用取決于系統(tǒng)時(shí)鐘的大小。LPC2000系列片上閃存的訪問時(shí)間為50nS，對于系統(tǒng)時(shí)鐘不高于20MHZ的應(yīng)用，在1個(gè)周期內(nèi)就可將閃存的內(nèi)容讀出，此時(shí)沒必要使用存儲(chǔ)器加速模塊。由于LPC2000可直接從閃存執(zhí)行指令，無需引導(dǎo)期間將代碼傳送到SRAM。

對片內(nèi)閃存的編程可通過幾種方法來實(shí)現(xiàn)：通過內(nèi)置的串行JTAG接口，通過串口進(jìn)行在系統(tǒng)編程（ISP），或通過在應(yīng)用編程（IAP）。

豐富的外部總線接口

LPC22XX系列產(chǎn)品提供了外部存儲(chǔ)器接口，其中包含了24條地址線A0~A23，32條數(shù)據(jù)線D0~D31及相關(guān)的總線使能線；其中數(shù)據(jù)線寬度可選擇8位，16位或32位來使用，圖3為32數(shù)據(jù)線寬度和8/16/32位數(shù)據(jù)線寬度的外部存儲(chǔ)器連接示意圖:

圖332數(shù)據(jù)線寬度外部存儲(chǔ)器接口

LPC22XX提供了4個(gè)獨(dú)立且可同時(shí)配置存儲(chǔ)器組，每組可有16MB的地址空間，并且可與SRAM、Pseudo-SRAM、FLASH、EPROM、BURSTROM或其他的I/ODEVICE作適當(dāng)?shù)倪B接與存取。

矢量中斷控制器

LPC2000系列的矢量中斷控制器可以支持多32個(gè)中斷請求，可根據(jù)需要將其編程分為3類：FIQ、矢量IRQ和非矢量IRQ。矢量IRQ具有中等優(yōu)先級。非矢量IRQ的優(yōu)先級。這種可編程分配機(jī)制意味著不同外設(shè)的中斷優(yōu)先級可以動(dòng)態(tài)分配并調(diào)整。對于任意矢量中斷，一旦發(fā)出請求，CPU可在一個(gè)周期內(nèi)過讀取VIC并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址，這將中斷延時(shí)降低到。

參考設(shè)計(jì)方案：稅控收款機(jī)

稅控收款機(jī)是一種帶有計(jì)稅功能的電子收款機(jī)，不僅是商業(yè)企業(yè)經(jīng)營管理的得力助手，也是稅務(wù)人員常駐店內(nèi)采集銷售數(shù)據(jù)的執(zhí)法代表。它內(nèi)部裝有自動(dòng)記錄但不能更改和抹掉的計(jì)稅存儲(chǔ)器，記錄著每日的營業(yè)數(shù)據(jù)和應(yīng)納稅額，是向納稅機(jī)關(guān)納稅的憑據(jù)。

稅控機(jī)制由以IC卡為基礎(chǔ)的發(fā)行、管理、申報(bào)、經(jīng)營等系統(tǒng)組成。納稅戶銷售商品在稅控收款機(jī)中的記錄與相關(guān)的時(shí)間等信息可在機(jī)內(nèi)保留5～10年，不可修改、不可清除。有關(guān)數(shù)據(jù)由稅務(wù)部門用專用IC卡讀出，以便稽查。

這里給出以LPC2214為主控單元的一個(gè)系統(tǒng)參考設(shè)計(jì),該系統(tǒng)主要由主控MCU模塊、時(shí)鐘模塊、電源模塊、監(jiān)控模塊、IC卡讀寫模塊、稅控存儲(chǔ)器、狀態(tài)指示電路、接口電路等組成。硬件結(jié)構(gòu)如圖所示：

圖4采用LPC2214的稅控收款機(jī)硬件框圖

稅控收款機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化思想，嵌入式控制器使用基于μC/OS內(nèi)核的RTOS操作系統(tǒng)，其用戶程序的開發(fā)大體分為以下部分：主程序、自檢診斷模塊、IC卡讀寫模塊、UART通訊模塊、開票模塊、液晶顯示以及按鍵等人機(jī)接口模塊。

面向無處不在的各種各樣的嵌入式應(yīng)用，MCU未來的發(fā)展一定是豐富多彩的，從歷史發(fā)展的軌跡看，一種芯片、一家公司和一種體系結(jié)構(gòu)無法滿足變化萬千的市場需求，正確把握MCU的發(fā)展趨勢，選擇適合你的產(chǎn)品和開發(fā)工具，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本和開發(fā)周期的關(guān)鍵。同時(shí)關(guān)注MCU的動(dòng)態(tài)，選擇具有特色的MCU能夠幫助你的產(chǎn)品創(chuàng)新和差異化設(shè)計(jì)，收到與眾不同的效果。

參考文獻(xiàn):

[1].LPC2214datasheet/datasheet/LPC2214_454564.html.[2].ARM7