基于ARM的体系构件模块有助优化微控制器开辟周期

     本文将探究微控制器市场随着应用需求不绝演变而在成果上的应对请求；并讨论种种片上和外置内存及差别存储容量，以及高体系集成度，全部讨论都建基于业界标准的微控制器 (MCU) 核。别的，文中还概述 Atmel公司针对这些市场需求开辟出的一个模块化架构。该架构能优化终极产品周期中的各方面，包括完成MCU的应用适配、PCB计划、应用软件开辟和产品更新换代。

    微控制器市场的需求
    现今的微控制器市场是一个既谋略本钱又寻求高体系集成度的市场，每每请求在集成体系中包括能与应用精密适配的种种成果。无论是来自电路板尺寸、功耗，还是质料本钱方面的压力都请求微控制器产品具有空前未有之高的体系集成度。诸如调压电路、欠压检测电路 (brownout detector) 和上电重设电路 (power-on-reset) 等电源接口，都得像振荡器或PLL和体系定时器之类的时序电路一样成为片上内置电路。

    要精密共同应用的需求，微控制器的内存、外设和网络接口配置黑白常紧张的。差别的应用必要差别范例和差别容量的内存。一样平常来说，微控制器都有启动ROM、RAM 空间以及片上闪存这些根本构件，但其内存的容量却随应用而异。微控制器通常都得具备一些适配种种范例和差别容量的内存的外部接口，如NAND或NOR Flash和SDRAM等。至于网络连接，一样平常为 USB、以太网 (Ethernet)、CAN、SPI或USART 接口。在寂静性方面，大概还要集成 AES 或 DES加快引擎。很多应用都寻求模仿办理方案。

    与多元化的外设选项相反，处理惩罚器核的选择范畴很小。如今市场上只有为数未几的几种餍足业界标准的MCU核，此中以32位家属中的 ARM® 微控制器核为主。

    浅显的应用开辟是一项紧张、乃至是最紧张的请求。应用开辟最根本的请求是利用方便，代价公道并且餍足财产标准的开辟东西。别的，微控制器应同时配备全部外设的底层驱动步伐，以及标准通讯接口的协议堆栈，如许才华大幅度地收缩应用步伐的开辟时间和低落开辟本钱。要是应用步伐必要某种操纵体系，该操纵体系必须已经植入MCU架构，并且能很容易地集成到软件开辟环境中。

    基于微控制器的种种应用会不绝更新换代。有些产品 (尤其是斲丧电子) 的市场寿命只有几个月。新版本的产品必须具有更美满的成果、更大略的用户接口和更小的体积，并且本钱也必须低落。为支持终极产品的更新换代，作为体系中间的微控制器也必须更新。然而，要升级微控制器，升级过渡必须尽大概大略和无危害。对硬件来说，这请求同一系列器件之间的封装和接脚兼容性；在软件层面上，关键则在于可否重复利用现有的软件模块，以及可否方便将新的软件模块整合进来。


    模块化的 ARM 体系构件
    为应对这些应用请求，Atmel公司采取的战略是着眼于整个 MCU 产品的生命周期。Atmel 公司基于业界标准的 ARM 微控制器核开辟出了一整套针对种种内存、外设和标准通讯接口的模块化 IP 核构件。这些构件都配有相应的软件配置驱动步伐、通讯接口协议堆栈、操纵体系和应用开辟东西。每个产品系列的相干构件都基于一个共享架构平台；而同一系列器件都有雷同的封装和接脚。其目标便是要只管即便地实现产品的循环再用，并快速地开产生产品，以餍足客户低落产品本钱和收缩开辟周期的请求。


    架构平台
    图1所示为 ARM微控制器体系级芯片的典范架构平台。该平台上的每个内存块、外设和通讯接口都是一个成果完备的模块。每个模块都可独立开辟和测试，并可就详细的应用举行配置 (如配置差别容量成闪存或SRAM)。外设构件配有效 C/C++ 编写的软件配置驱动步伐，并且这些驱动步伐都可直接整合到应用步伐代码中。每个目标应用都选配了经优化的内存、外设和通讯接口配置。为了更贴切地适配同一应用范畴中差别的客户需求，Atmel 还开辟出差别内存容量的器件。同一系列的器件具有雷同的封装和引脚。

    这个架构平台具备一系列的通用成果。全部器件都配有同一业界标准的ARM处理惩罚器核。别的，全部外设和通讯接口都具有一个被映像至处理惩罚器地点空间的共享寄存器布局。如许就可以重复利用现有的代码，大大低落软件开辟的本钱。

    别的，全部器件都有一个外设 DMA 控制器，只需很少的处理惩罚器资源就可处理惩罚内存与外设间的数据传输。该平台还配有一个提拔处理惩罚器核根本停止办事成果的高级停止控制器 (advanced interrupt controller, AIC)，它只需几个指令周期就可完成对停止办事步伐的转换。别的，该平台还采取了一个并行输入／输出控制器 (parallel input/output, PIO) 来实现I/O 线路与浩繁通用输入／输出真个多任务，从而淘汰接脚数量，并增长I/O 编程的机动性。全部器件都有一个快速闪存编程接口 (fast Flash programming interface, FFPI) 以及用于简化闪存编程的ROM启动帮助芯片 (SAM-BA)。

    全部器件都整合了以往从未内置在芯片上的多种体系成果，包括用于时序的振荡器和PLL，以及一些体系定时器 (及时定时器、可编程隔断定时器、监督定时器)。功率办理控制器 (power management controller, PMC) 能关断未利用的外设，并提供只有及时定时器在事变的待机模式，从而把体系功耗降至最低。电压调理器为处理惩罚器核和外围配置提供一个1.8V的电源，并可向外部的1.8V器件提供电源。别的，该平台还包括一个上电重设电路 (POR) 和欠压监测器 (BOD)，用于在外部电源停止时确保体系寂静地关断和启动。


    电路板布局
    Atmel公司这种战略从两个方面简化了终极产品中的电路板布局：其一，体系集成度高，大大淘汰了电路板上的组件数量；其二，同一系列中的全部器件都采取雷同的封装和接脚数，如许举行内存扩充升级时就只需调换内存块。如图2所示，AT91SAM7S系列5款型号中4款都采取了雷同的封装和接脚数。

    应用开辟
    是否能简化应用开辟和低落开辟本钱是选择微控制器的决定因素之一。Atmel公司基于ARM核的构件办理方案在这一点上具有明显的上风。如图3所示，同一块低本钱评测板可支持应用主导的产品系列中全部器件。

    采取业界标准的处理惩罚器核意味着可以在体系计划中利用业界标准的软件开辟东西，其长处在于开辟职员不必去学习八门五花的开辟东西，可少走乃至不走弯路。要是必要某种操纵体系，则相应的ARM核中险些肯定已植入了这种操纵体系。现成的片上外设的驱动步伐和I/O构件模块的通讯协议堆栈，以及可重复利用的现有应用步伐代码均能低落开辟本钱。采取闪存作为步伐内存意味着可对器件开辟中的应用步伐代码举行重复编程调试，直到打扫全部错误为止。为简化这种步伐，体系还包括了一个用于加快开辟器件编程的片上启动加载器 (SAM-BA)，以及用于生产体系并行编程的启动加载器 (SAM-PROG)。

    产品更新换代
    电子产品不停不绝地更新换代。Atmel 公司的微控制器产品系列采取了模块化的构架战略，目标便是要使这种更新换代的进程顺利流畅。片上闪存可以被重复编程，如许纵然在利用中的产品上也可以增长新的成果。要是要扩充内存，只需调换一个容量更大的内存件，而涉及的软件升级事变极少。同样地，若要添加新的外围配置或通讯接口，借着共享架构平台和开辟东西，便可以把软件和电路板的变动事变减至最少。