32 разрядные микроконтроллеры для авто

32-разрядные микроконтроллеры

2. Серия С.
Основное назначение микроконтроллеров AT32UC3C – высокопроизводительные автомобильные системы.
Отдельно выделим микроконтроллеры AT32UC3C0512CAU c возможностью загрузки лицензированного ПО от Atmel для аудиосистем. Наличие интерфейса Ethernet, производительность и богатые коммуникационные возможности делают этот МК отличным решением для создания концентратора датчиков Интернета Вещей (IoT).

Семейство MegaAVR Atmel

Если кратко характеризовать всё многообразие этого семейства микросхем Atmel, то можно отметить, что это 8-битные микроконтроллеры, различие между которыми в следующих характеристиках:

Быстродействие более 20 млн операций в секунду позволяет загружать и выполнять программы большого объёма. Специальные исполнения микросхем picoPower от Atmel позволяют конструировать микроконтроллеры с низким энергопотреблением, а в нутрисхемная отладка и обновление программного кода в режиме исполнения, делают тестирование приложений простым, быстрым и удобным.

Рассмотрим наиболее интересные устройства семейства MEGA AVR

1. Микроконтроллеры со встроенным CAN-контроллером AT90CAN128, AT90CAN32, AT90CAN64.
Как видно из обозначения, различия в микросхемах в объёме флэш-памяти – 128, 32 и 64 кб, каждая имеет по 64 вывода.

Основные технические характеристики:

Для оценки возможностей МК предназначен набор ATDVK90CAN1 в комплекте с программным обеспечением.
Наибольшее распространение протокол CAN имеет в автомобильной промышленности, в том числе, для критичных систем. По этой причине устройства идеально подходят для создания бортовых устройств автомобиля, сопряжённых с его электронными системами и датчиками.

Заявка на поставку импортных микросхем

Источник

Микроконтроллеры NEC для автомобильной электроники. Часть 1

Все статьи цикла:

Введение, или Рассказ о непрерывно растущих потребностях

Вот что он рассказывал о своей Ласточке.

Он долго ее добивался, и она была его первая любовь. Она была такая молодая и легкая. Правда, характер у нее был… Он отдавал ей почти все, что у него было. Но если она сильно разгонялась, то ее заносило. И она любила, чтобы он занимался с ней этим не только дома, но и в самых диких местах.

Когда она сильно упрямилась, они ссорились, и он даже ругал ее. И только «кривой стартер» был последним аргументом в этом споре. Но время есть время… Теперь у него другая.

У нее такие линии и мягкая кожа… Но в память о той, он тоже зовет ее Ласточкой. И он ее тоже любит. И она не то, что та, первая. Она тепло встречает его зимой, и она поет ему песни, а когда он что-то не заметит, то она ему об этом напоминает своим нежным голосом. И ее никогда не заносит, и он с ней не ссорится. И все же и теперь он тоже дарит ей все, что может. Правда, автопилот и все эти лампочки у нее в бортовом компьютере уже покруче будут, чем в Старфайтере, а дизель автоматизирован как в подводной лодке.

Есть в ней что-то от Форт-Нокса. И колеса у нее как у Боинга. А видеосалон, а Интернет! И конечно, космическая связь, как в центре управления полетами. И еще он подарил ей систему ночного видения, которая проецирует на лобовое стекло изображение от инфракрасной видеокамеры. Да, тот их парень 007 здесь просто отдыхает. И вот все же, у него тут бумажка, где он написал алгоритм, и молекулярный локатор, который чует «этих за 100 верст», и он хочет добавить…

Итак, господа разработчики автоматики для транспортных средств, картина до боли знакома. Температурный диапазон от –40 и до +85 °С под капотом. Гарантированная надежность. Вибрации. Требования и к цене, и к поставке. А еще программные инструменты и много памяти. А еще аппаратные узлы для сетевых стыков и звуковые генераторы.

Как удовлетворить все эти требования? И какой микроконтроллер выбрать?

Кто отзовется на волшебное слово «reliability»?

Первое требование, предъявляемое к микроконтроллеру, — надежность.

Давайте проверим, как относятся изготовители микросхем к этому понятию. Результат поиска приводится по убыванию информации о надежности продукции фирм.

Поиск проводился по двум направлениям:

Сначала смотрим на сайте NEC: 28 записей от фраз типа:

Automotive Applications Mission (Применение в автотранспорте) — NEC Electronics (Europe) GmbH … And more than every second dashboard on the road in Europe is controlled by an NEC device. (… И более чем каждый второй автомобиль в Европе имеет приборную панель, выполненную на микроконтроллерах NEC.)

Job offer «Analog Engineer (f/m)» (предложение работы: «инженер по аналоговой технике») — NEC Electronics (Europe) GmbH… Mixed-signal circuit design (schematic entry, …, reliability analysis).(… Проекты, содержащие аналого-цифровые цепи (разработка схем, …, анализ надежности).)

Возьмем для примера описание микроконтроллера µPD780816A, где уже на третьей странице есть фразы о том, что фирма NEC принимает все меры по повышению надежности, но разработчики тоже могут принять дополнительные меры в своих проектах. Кроме того, в описании присутствует таблица, выдержка из которой приведена в таблице 1.

Но это и неудивительно, ибо производство NEC Electronics сертифицировано по основным промышленным стандартам, таким как ISO 9000 и TS16949. Все продукты фирмы разработаны в соответствии с APQP/PPAP и соответствуют стандартам AEC, MIL и JEDEC.

Теперь проверим, что есть на других сайтах

Microchip. Здесь легко находится информация, что фирма Microchip тоже уделяет большое внимание системам качества, таким как Automotive Electronics Council AEC-Q100. Документация сведена в книге «Microchip Overview, Quality Systems and Customer Interface Systems Handbook». Единственный недостаток — отсутствие высокопроизводительных 32-разрядных процессоров.

STMicroeiectronics. Фирма поддерживает стандарты качества ISO 9001 и TS16949. Для проверки берем описание микроконтроллера STR720. Видим: 16/32-разрядное MCU с 16K RAM, USB, CAN и т.д. Дополнительно о надежности ничего не сказано. Модельный ряд значительно меньше, чем у NEC. Не у всех микроконтроллеров серии STR7xx присутствует узел CAN.

Atmel. У фирмы Atmel для сравнения был взят документ на AT91SAM7S128, где слово «reliability» нашлось только на последней странице, как предостережение для тех, кто превышает предельно допустимые параметры.

Philips Semiconductor. У фирмы для тестирования были взяты микроконтроллеры LPC2119/LPC2129 — 16/32-разрядные однокристальные МК; 128/256 Кб ISP/IAP Flash с 10-битным АЦП и CAN. Хороший процессор, цена приемлемая, одно только плохо — фирма не дает на это изделие пожизненной гарантии и рекомендует не применять его в изделиях, связанных с риском для жизни.

Результат поиска

Что же показал наш поиск? Микроконтроллеров существует много. Но при всем многообразии выбора постепенно приходим к тому, что для ответственных применений необходимо выбрать производителя, для которого слово «надежность» не будет мелкой фразой на последней странице.

Где надежность закладывается в изделие не на этапе рекламной кампании, сопутствующей началу продажи изделия, а при отборе и подготовке инженеров-разработчиков, для которых понятия «надежность» и «безотказность» являются фундаментом их проектов. Ну и «модельный ряд» хочется иметь побольше. И фирма NEC Electronics полностью оправдывает наши ожидания по надежности микроконтроллеров.

Концепция линий микроконтроллеров NEC

Новые микроконтроллеры фирмы NEC соответствуют непрерывно меняющимся требованиям рынка. Их отличает:

Линии K, F, S, L и D обеспечивают соответствие растущим требованиям к микроконтроллерам для встроенных применений при разумной цене. Масштабируемость внутри линии и между линиями дает пользователю широкие возможности при выборе требуемой производительности микроконтроллера, его корпуса, объема памяти и цены:

На рис. 1 представлены области, занимаемые микроконтроллерами различных серий, а в таблице 2 приведено краткое описание их возможностей.

Рис. 1. Линии микроконтроллеров

Линия микроконтроллеров для задач с CAN-интерфейсомЧисло выводов от 44 до 144.

Масштабируемость внутри линии и между линиями

Что дает масштабируемость? Представим, что вы имеете совсем новый проект и еще точно не знаете, что будет собой представлять программное обеспечение на этапе отладки проекта. А печатную плату уже надо сдавать в производство. Что обычно происходит в этом случае?

Берем микроконтроллер «на вырост», как форму для первоклассника. Загружаем в память программу, сервис и дополнительные отладочные функции. Проводим отладку, выясняем, сколько же нужно памяти и ресурсов для конкретного устройства. В итоге значительная часть памяти не будет использоваться, и для серийного изделия стоимость получается завышенной. А в масштабируемой линии микроконтроллеров фирмы NEC пользователь имеет возможность выбрать микроконтроллер из семи вариантов с объемом адресуемой памяти: 16, 24, 32, 48, …, 128 Мбайт. Например, для серии F, в которую входят микроконтроллеры, имеющие разрядность как 8, так и 32 бит, «диапазон корпусов» простирается от 44-выводных до 144-выводных. «Диапазон памяти» — от 32 до 512 кбайт (табл. 3).

Программные модули, написанные для микроконтроллера серии F, могут быть применены и для любого другого микроконтроллера, входящего в состав этой серии. Это возможно потому, что периферия имеет одинаковые адреса и регистры. То же самое относится и к «железу». Если применены одинаковые корпуса, то микросхему можно припаять любую на выбор. Еще один аспект этой проблемы — одинаковые отладочные средства для всей серии.

Но и это еще не все. Далее начинается масштабируемость между различными линиями микроконтроллеров.

Рассмотрим следующие микроконтроллеры

Микроконтроллеры с малым числом выводов. К этой группе относятся микроконтроллеры K-Line с Flash-памятью до 8 кбайт и 256-байтной RAM и с числом выводов от 16 до 30 (рис. 2). Они имеют:

Рис. 2. Микроконтроллеры K-Line с малым числом выводов

Микроконтроллеры серии 78K0 — это 8-разрядные микроконтроллеры, входящие в состав линии K (рис. 3). Они имеют «на борту» всю стандартную периферию, а также блок CAN, ЖКИ-контроллер и управление моторами.

Рис. 3. Микроконтроллеры серии 78K0

Микроконтроллеры 78K4. Старшая часть этой серии имеет 16-разрядную шину и до Мбайт памяти программ (рис. 4).

Рис. 4. Микроконтроллеры 78K4

Но здесь нужно подчеркнуть: NEC считает, что применять 16-разрядные микроконтроллеры нецелесообразно. Поэтому именно 32-разрядные микроконтроллеры V850 — основное направление для задач, связанных с обработкой большого объема данных.

Микроконтроллеры V850 — 32-bit RISC с uClinux. V850 семейство — RISC-процессор с гарвардской архитектурой. Отдельные блоки памяти для программ и для данных.

Две независимых внутренних шины — для одновременной передачи команд и данных — позволяют работать намного быстрее, чем это делает процессор, построенный по фон-неймановской архитектуре.

Эффективная конвейерная обработка позволяет центральному процессору выполнять программный код, а дополнительные аппаратные усовершенствования позволяют блокировать задержки, появляющиеся при работе конвейера (например блокирование команд NOP).

Серия микроконтроллеров V850 поддерживает набор системных команд, подобных командам компьютера со сложным набором команд. Сюда входят, к примеру, команды манипуляции битами, которые являются стандартными для микроконтроллеров, предназначенных для встроенных приложений.

Аппаратный умножитель позволяет выполнить умножение двух 16/32-разрядных чисел в 32/64-разрядный результат за один цикл. Кроме того, команды суммирования с накоплением и высокоскоростной аппаратный умножитель позволяют получить эффективную работу на задачах фильтрации по цифровой обработке сигналов.

Для приложений реального времени очень важно иметь небольшое время отклика при переключении с задачи на задачу. V850 имеет программируемый контроллер прерываний и большой набор внутренних регистров, что позволяет проводить обработку прерываний в пределах 11–18 тактовых циклов. Маскируемые прерывания могут быть активизированы индивидуально с программируемыми приоритетными уровнями, а внешние прерывания могут быть запрограммированы на положительный или отрицательный перепад сигнала на входе. Чтобы улучшить надежность работы программного обеспечения, прерывания могут быть сгенерированы программно, как «traps», либо могут инициироваться при попытке выполнения запрещенных кодов программы [1].

uClinux для NEC V850E. Использование uClinux позволяет значительно упростить программирование и сокращает время разработки. Информация о ней находится на http://www.ic.nec.co.jp/micro/uclinux/eng/ (Япония) или http://www.ee.nec.de/uclinux (Европа).

Встроенные аппаратные средства повышения надежности

В микроконтроллерах NEC применены дополнительные аппаратные средства, повышающие надежность работы узлов сброса, контроля напряжения питания и сторожевого таймера. И конечно, основное внимание обращено на режимы программирования.

Самопрограммирование используется, когда микроконтроллер перепрограммируется уже в рабочем изделии без подключения каких-либо программаторов. Для повышения надежности алгоритмов самопрограммирования компания NEC применила специальный алгоритм «безопасное самопрограммирование» (secure self-programming), основанный на особом методе программирования Flash-памяти«переключение блоков» (block swapping). Важным отличием этого метода от стандартных является гарантированная безопасность работы алгоритма даже в случае аварийного отключения электропитания [2].

Следует выделить метод программирования непосредственно самой Flash-памяти с использованием кода коррекции ошибки (error correction code — ECC). Этот метод гарантирует корректную запись слова в память. Во время процедуры записи помимо непосредственно записи данных происходит аппаратное формирование корректирующих битов ECC. Корректирующие биты записываются в специальную область Flash-памяти.

Во время процедуры чтения декодирующая логика может использовать сохраненные корректирующие биты для восстановления «на лету» единичного отказа бита данных. Таким образом, логика ECC обеспечивает повышенный уровень надежности.

Безопасность. Кроме корректной записи программного обеспечения во Flash-память микроконтроллера необходимо также позаботиться и о его защите от несанкционированного доступа.

Так например, несанкционированное проникновение в автомобильный контроллер может не только исказить пользовательские характеристики товара (снизить пробег автомобиля), но и привести к отказам и авариям.

Микроконтроллеры NEC имеют различные способы защиты, определяемые типом доступа, кроме того они поддерживают защиту как режима внутрисхемного программирования, так и режима самопрограммирования. Разработчик должен сам определить тип и уровень защиты, устанавливая соответствующие флаги специального регистра.

Таким образом разработчик может:

Примером могут служить два самых замечательных и популярных у разработчиков автоэлектроники микроконтроллера:

В таблице 4 приведены параметры этих микроконтроллеров. Уже при беглом взгляде на таблицу видим, что микросхемы имеют большой объем памяти и много прерываний, а это значит, что для них легче писать «быстродействующие» программы.

У UPD78f0852 и UPD78f0828, кроме стандартной, всем известной периферии, есть много специализированных аппаратных узлов:

Микросхема UPD78E9861, кроме стандартной памяти и периферии, тоже имеет свои особенности — это EEPROM и регистр сдвига, предназначенный для выдачи кодовой последовательности на радиоканал брелока.

Стартовый набор и отладка

Для обучения и отладки программ фирмой NEC поставляется несколько стартовых наборов и эмуляторов. Здесь будет рассмотрен стартовый набор «Low Pin Count — Do it!» (рис. 5–6). В его состав входит микроконтроллер µPD78F9222 с малым числом выводов (20), работающий на частоте 8 МГц. Стартовый набор подключается к хост-компьютеру по USB.

Рис. 5. Стартовый набор «Low Pin Count — Do it!»

Рис. 6. Плата с микроконтроллером

Питание осуществляется также по USB, поэтому сразу после подключения к USB-кабелю плата начинает помигивать светодиодом.

Итак, распаковываем, вставляем диск в дисковод, кабель — в USB. Устанавливаем две программы—IAR «Embedded Workbench 78K» и «PG-LPC». Первая — основной рабочий инструмент (рис. 7), вторая — инструмент для программирования Flash (рис. 8), и все это всего за 30 евро!

Рис. 7. Окно программы IAR «Embedded Workbench 78K»

По поводу IAR «Embedded Workbench» можно сказать, что для многих разработчиков это уже сейчас «родная стихия». Что же касается документации на стартовый набор, то она включает в себя все описания как аппаратной части, так и программной. Все готово! Можно работать! Кроме описанного здесь стартового набора существуют и другие отладочные инструменты и программаторы. Но это тема для отдельной статьи.

Рис. 8. Окно программы, используемой для загрузки Flash-памяти — «PG-LPC»

Выводы

Какие же выводы? Выделим то, что было написано в начале статьи и применим это к микроконтроллерам NEC:

А вот что скажет скептик: «Знаем мы вас, вам только дай написать». Но, как говорится, факт есть факт: каждый европейский (даже не японский) автомобиль Peugeot 206 имеет «на борту» 27 микроконтроллеров фирмы NEC — да, да, именно 27 микроконтроллеров в каждой машине! А есть еще и Ford, и GM Rover, и Toyota. А в дорогих и престижных машинах число микроконтроллеров может быть значительно больше.

В следующих статьях этого цикла будет дано более подробное описание микроконтроллеров и отладочных средств. Надо бы сказать как обычно: «Оставайтесь с нами», но очень хочется сказать: «Работайте с нами! Материалы доступны для изучения на сайте! Время уже идет!»

Источник

ATMEL: 32-разрядные Flash-микроконтроллеры на ядре AVR32

Корпорация ATMEL также приняла участие в реализации этой идеологии. В свое время микросхема AT75C220, содержащая на кристалле контроллер на ядре ARM7 и 16-разрядный OakDSP-контроллер с фиксированной точкой, была передовой разработкой, при том, что на кристалле были размещены и два МАС-интерфейса 10/100 Мбит. Появление таких микросхем сильно упростило жизнь разработчикам печатных плат, но для программиста это, как и раньше, была двухпроцессорная система, для которой нужны две различных среды разработки, два эмулятора и много часов творческой работы по сопряжению двух ядер.

Однако со временем совершенствуется не только технология изготовления кристалла, но и сама архитектура ядра контроллера. Очевидная мысль — совместить в едином наборе команд как управляющие, так и «числодробильные» инструкции — получила несколько лет назад воплощение «в железе» в разработках ведущих мировых производителей. Такой комплексный набор команд — одна из особенностей инновационной архитектуры AVR32, разработанной в норвежском дизайн-центре корпорации ATMEL.

ATMEL выпускает широкий спектр микроконтроллеров. Ранее они строились на основе ядер, разработанных внешними фирмами — Intel и ARM. Со временем корпорация стала применять собственные ядра, причем эти ядра имеют лучшие технические характеристики. На рис. 1 представлены основные семейства микроконтроллеров, выпускаемые корпорацией в настоящее время, по горизонтальной оси они расположены в соответствии с производительностью, а по вертикальнойв соответствии с энергопотреблением.

Рис. 1. Микроконтроллеры корпорации ATMEL

На рис. 1 видно, что микросхемы на ядре С51 — явные «аутсайдеры», так как при невысокой производительности имеют достаточно большую потребляемую мощность, и их не следует применять в новых разработках. Напротив, микросхемы на ядре AVR32 имеют очень хорошее соотношение производительность/энергопотребление, что, естественно, вызывает повышенный интерес у разработчиков. Особенность ядра AVR32—выполнение за такт больше чем одной команды. Максимальная производительность микросхемы AP7200 на частоте 250 МГц составляет 360 DMIPS.

Архитектура AVR32 лежит в основе двух семейств — AVR32AP7 (суффикс AP означает “Application Processor”) и AVR32UC3 (суффикс UC означает “microcontroller”). Первое семейство — это мощные микросхемы, оптимизированные для работы под операционной системой Linux, и их рассмотрение выходит за рамки данной статьи.

В свою очередь, семейство AVR32UC3 также разделено на серии — A, B, C и L, каждая из которых имеет несколько цифровых индексов. Сводная диаграмма представителей семейства UC3 представлена на рис. 2.

Рис. 2. Состав семейства контроллеров UC3

Снижение потребляемой мощности достигнуто применением ряда мер. Напряжение питания ядра составляет 1,8 В, питание выходных каскадов — 3,3 В. На кристалле есть преобразователь, который формирует напряжение 1,8 В. Входы микросхемы могут работать с уровнями сигналов до 5 В. Для тактирования ядра и периферийных модулей могут использоваться несколько генераторов. В дополнение к внутренним RC-генераторам к микросхеме одновременно можно подключить кварцевый резонатор с частотой от 450 кГц до 16 МГц и «часовой резонатор» с частотой 32 768 Гц. Для обеспечения одновременной работы ядра на оптимальной частоте (она может динамически изменяться в реальном времени) и интерфейса USB, которому требуется стабильная частота 48 МГц, используют два модуля PLL. Периферийные модули, не активные в текущий момент времени, отключаются. Типовое потребление ядра UC3 при работе на частоте 60 МГц составляет в активном режиме 23 мА, или 1,3 мВт/МГц, что является рекордом для микроконтроллеров этого класса.

Архитектура AVR32 базируется на расширенном наборе RISC-команд. Команды могут иметь длину 16 или 32 бита и следовать общим потоком. В отличие от архитектуры ARM, нет необходимости переключаться между двумя режимами. Большинство команд выбирается, декодируется и выполняется за один тактовый цикл. Все команды распознаются непосредственно в конвейере.

Ядро AVR32UC3 представляет собой усеченную версию ядра AVR32AP7, оптимизированную по энергопотреблению. Так же, как и в старшем ядре, здесь есть конвейер команд, но его глубина уменьшена с 7 до 3 ступеней. Конвейер AVR32UC3 имеет 3 стадии: IF (Instruction Fetch) — выборка команды, ID (Instruction Decode) — декодирование команды и EX (Instruction Execute) — выполнение команды. Структурная схема ядра AVR32 UC3 приведена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема ядра контроллеров AVR32UC3

В соответствии со статистическим анализом типичной программы, в среднем около 30% процессорного времени уходит на выполнение команд чтения/записи. Архитектура AVR32 уменьшает число требуемых циклов для этих команд, совмещая их с арифметическими операциями над указателем, снижая таким образом время доступа к данным в таблицах, структурах и произвольно расположенных в памяти данных, которые потребуются в ближайших последующих циклах.

В микроконтроллерах используется Flash-память с низким потреблением, поэтому она имеет время доступа 30 нс. Таким образом, при работе ядра на частоте выше 33 МГц нужно при чтении памяти добавлять такт ожидания (wait state). Для минимизации времени ожидания программа размещается в двух 32-разрядных банках Flash-памяти, в каждом из которых хранятся соответственно четные и нечетные слова. Если происходит последовательная выборка команд или констант из памяти, такт ожидания добавлять не требуется. При выполнении реальной программы скорость чтения памяти снижается на 10%. Таким образом, при работе ядра на частоте до 33 МГц удельная производительность составляет 1,49 DMIPS, а в диапазоне частот 33–66 МГц снижается до 1,38 DMIPS. Содержимое Flash-памяти надежно защищено от несанкционированного копирования установкой lock-бита, который можно снять только командой стирания микросхемы, причем сначала происходит собственно стирание, а только затем сброс lock-бита. Число циклов запись/стирание — не менее ста тысяч. По аналогии с 8-разрядными AVR-контроллерами здесь также есть набор fuse-битов, отвечающих за активизацию и настройку порога срабатывания модуля BOD (Brown Out Detector — детектор провалов питания). Память может быть загружена скоростным программатором или через JTAG-интерфейс при помощи эмулятора ATJTAG ICE2. Также предусмотрен режим загрузки через интерфейс USB при помощи предварительно загруженной программы USB-bootloader. Для операций программирования/стирания Flash-памяти и fuse-битов на кристалле есть специальный модуль Flash-controller.

Высокая удельная вычислительная мощность достигается наличием конвейера с обратной связью и параллельной работой трех вычислительных блоков: умножителя (MUL), арифметическо-логического устройства (ALU) и быстродействующего блока работы с памятью (LS). Механизм предсказания ветвления позволяет избегать перезагрузки конвейера при выполнении операций ветвления. Совместно с высокой плотностью кода это дает возможность снизить интенсивность обращений к памяти и производить переходы без потери циклов.

Команды обращения к памяти могут работать с данными размером 8, 16, 32 и 64 бита. Архитектура AVR32 аппаратно поддержива- ет операции множественного доступа к данным, что позволяет увеличить скорость работы программы до 4 раз. Система команд в архитектуре AVR32 содержит более 200 инструкций, причем DSP-инструкции выпол- няются в одном потоке с «контроллерными» инструкциями, без потери тактов на переключение.

Краткие сравнительные характеристики системы команд нескольких 32-разрядных ядер приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение системы команд 32$разрядных ядер

При анализе таблицы 1 становится ясно, что из популярных ядер наиболее близким по параметрам к AVR32 является ядро Cortex-M3. Интересно, что по результатам сравнительного тестирования программных реализаций алгоритмов цифровой фильтрации для AVR32 и Cortex-M3 (которое не имеет DSP-инструкций) программа для AVR32 дает 10-кратный выигрыш по времени исполнения при использовании БИХ-фильтра и 11-кратный выигрыш при КИХ-фильтре.

Рис. 4. Структурная схема контроллеров AT32UC3A

Инновации в архитектуре AVR32 относятся не только к ядру, но и к построению всего кристалла. На рис. 4 приведена структурная схема микросхемы AT32UC3A. На кристалле размещена обширная периферия. Ядро связано с периферийными модулями системой внутренних 32-разрядных шин. В отличие от шинной организации, применяемой, например, в контроллерах AT91SAM7/SAM9, здесь использовано несколько шинных структур:

Периферийная шина А может работать на пониженной частоте.

В «базовой комплектации» контроллеры AT32UC3A имеют на кристалле порт USB 2.0 Full Speed (12 Mbps) с поддержкой режима On-The-Go, OTG, обеспечивающий работу контроллера в режиме Host, модуль Ethernet MAC 10/100 Мбит. Из стандартных микроконтроллерных интерфейсов — несколько портов USART, интерфейс SPI и интерфейс SSC с возможностью работы в режиме I2S. Максимальная частота работы этих интерфейсов ограничивается быстродействием выходных ключей контроллера и составляет 33 МГц. Интерфейс TWI с эмуляцией интерфейса I2C может работать на частотах до 400 кГц.

Фирменная черта микроконтроллеров ATMEL — хорошо продуманная технология обмена данными между ядром и портами ввода/вывода. Встроенные приложения должны иметь возможность взаимодействия как с внешними устройствами, так и с ядром, и предоставлять программисту максимальные возможности управления этими операциями. Необходимо также обеспечить бесшовную и непрерывную передачу данных между памятью и периферийными устройствами без остановок на переинициализацию счетчика транзакций. Это особенно актуально, если нужно производить передачу потоков данных одновременно по нескольким каналам. Таким образом, в ряде задач на первое место выходит подсистема обслуживания процесса обмена данными между внешними устройствами и внутренней памятью контроллера — иными словами, модуль прямого доступа к памяти. В AVR32UC3 скоростным обменом данными занимается многоканальный периферийный контроллер каналов прямого доступа к памяти (PDC — Peripheral DMA Controller), напрямую осуществляющий обмен данными между периферийными устройствами, внутренними регистрами контроллера и внешней памятью.

Основная часть периферийных модулей AT32UC3A имеет два выделенных канала PDC, для приема и передачи данных соответственно. Пользовательский интерфейс канала периферийного контроллера PDC встроен в каждый периферийный модуль и содержит 32-битный регистр-указатель адреса, 16-битный регистр-счетчик пересылок, 32-битный регистр для указателя следующего адреса памяти и 16-битный регистр-счетчик для следующих пересылок. Периферийные модули переключают потоки данных PDC, используя сигналы приема-передачи. По окончании пересылки первого программного блока данных соответствующий периферийный модуль генерирует прерывание окончания пересылки. Автоматически начинается пересылка второго блока данных, а обработка данных первого блока может выполняться параллельно процессором, без медленных прерываний в режиме реального времени, замедляющих обновление регистров-указателей в процессоре, при поддержке высокоскоростной пересылки данных в периферийный модуль. PDC имеет выделенные регистры состояния, указывающие для каждого канала возможность или невозможность пересылки. В любой момент можно считать из памяти адрес размещения очередной пересылки и количество оставшихся пересылок. В таблице 2 показана степень загрузки ядра при передаче данных через интерфейс SPI. Из таблицы видно, что максимальная скорость работы этого интерфейса без использования контроллера DMA не превышает 4 Мбит/с, а с включенным DMA-контроллером, даже на скорости обмена 33 МГц, загрузка процессора составляет менее 15%.

Таблица 2. Загрузка ядра процессора

Микроконтроллер AT32UC3A содержит расширенный контроллер прерываний, имеющий следующие характеристики:

Внешним прерыванием можно перевести микросхему из ждущего режима в активный.

На кристалле есть 8-канальный 10-разрядный АЦП со временем преобразования 384 kSPS для 10-разрядного режима и 533 kSPS для 8-разрядного режима. На кристалле также размещен двухканальный 16-разрядный модуль ЦАП (ABDAC — Audio Bitstream DAC), к выходу которого можно подключить аудиоусилитель класса D.

Контроллер содержит набор таймеров, работающих в разных режимах, и многоканальный ШИМ-контроллер.

В настоящее время выпускаются контроллеры AVR32UC3 подсемейств A и B, их краткие характеристики приведены в таблице 3.

Таблица 3. Краткие характеристики контроллеров UC3A и UC3B

Далее рассмотрим новые серии AVR32UC3, которые будут выпущены в 2009 году. Следует отметить, что представленная информация — предварительная, поэтому возможны изменения.

Контроллеры AT32UC3A3 предназначены для высокоскоростных коммуникаций, поэтому в них модуль 100 Мбит MAC заменен на контроллер High Speed USB, 480 Mbps, поддерживающий режимы работы Host и Device. Из интересных дополнений можно отметить контроллер MMC новой версии, работающий практически со всеми типами современных SD-карт, включая SDHC.

На рис. 5 представлена блок-схема AVR32UC3A3.

Рис. 5. Блок-схема контроллера AT32UC3A3

Контроллеры AT32UC3C отличаются расширенным диапазоном напряжений питания: они могут быть непосредственно подключены к источнику питания 5 В. Другая особенность — применение периферийных модулей, первоначально отработанных на микроконтроллерах ATxmega:

Также на кристалле AT32UC3C0 будет двухканальный CAN-контроллер.

На рис. 6 представлена блок-схема AVR32UC3C0.

Рис. 6. Блок$схема контроллера AT32UC3C0

Наконец, серия AT32UC3L0 — это микросхемы в малогабаритных 48-выводных корпусах, имеющих еще меньшее энергопотребление, типовое значение менее 1 мВт/МГц. Особенности этой серии — многоканальный ШИМ-контроллер, работа от единственного источника питания напряжением 1,8 В, а так же модуль PLL новой версии со сверхшироким входным частотным диапазоном. Блоксхема контроллера AT32UC3L0 представлена на рис. 7.

Рис. 7. Блок$схема контроллера AT32UC3L0

Разработку и отладку программного обеспечения можно вести с использованием коммерческого пакета фирмы IAR “IAR Embedded Workbench for Atmel AVR32”, который можно заказать у европейского дистрибьютора IAR— компании INELTEK GmbH.

Кроме того, для всех микроконтроллеров AVR32 корпорация ATMEL предлагает единую среду разработки AVR32 Studio. Эта бесплатная среда построена на базе пакета Eclipse и использует компилятор GCC. Несомненным удобством AVR32 Studio является то, что она есть в двух вариантах, для работы под Windows и под Linux, что способствует расширению ее применения. В дополнение к AVR32 Studio выпущен комплект стандартных программ для создания приложений—AVR32 GNU Toolchain. Загрузить оба дистрибутива можно с сайта http://www.atmel.com/ dyn/products/tools.asp?family_id=682#801.

На рис. 8 представлено рабочее окно AVR32 Studio.

Рис. 8. Рабочее окно AVR32 Studio

В состав пакета AVR32 Studio входит комплект драйверов и библиотек UC3 Software framework, который включает в себя следующее:

Разработанные примеры могут быть сразу запущены на отладочных платах корпорации ATMEL и легко перенесены на другие аппаратные платформы.

Для более быстрого освоения достаточно сложных микроконтроллеров ATMEL предлагает серию отладочных плат. Прежде всего, это отладочный комплект ATSTK600, который приходит на смену комплекту ATSTK500. Новый комплект подходит для всех типов микроконтроллеров — ATtiny, ATmega, ATxmega, AT32UC3. Цена такой универсальности — достаточно громоздкая конструкция, состоящая, в общем случае, из основной и переходной плат и собственно платы с установленным микроконтроллером. На рис. 9 представлен базовый отладочный комплект ATSTK600.

Рис. 9. Базовый отладочный комплект ATSTK600

Также ATMEL предлагает специализированные платы ATEVK1100 и ATEVK1101, построенные на контроллерах AT32UC3A0 и AT32UC3B0 соответственно. Для новых микросхем готовятся к выпуску платы ATEVK1104 и ATEVK1105.

Источник