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将最好的微控制器创新带给新的Cortex-M0+器件

爱特梅尔高级产品市场经理Andreas Eieland?? 2013年09月06日 ?? 收藏0
基于ARM的微控制器推向市场的速度是惊人的。对于寻找新器件来承载其新产品设计或新技术平台的嵌入式开发人员来说,使用具有不同性能水平的普通系列兼容内核可带来许多益处。然而,匆匆将器件推向市场的微控制器供应商将面临这样的两难困境,他们要花时间来微调ARM内核的外设集和架构增强,或者有可能失去来自忠诚客户的市场份额,这些客户因正着手开始新的设计而即刻需要器件。对于ARM的Cortex-M0/M0+架构来说,很多情况就是这样的。意识到在过去几年里,客户一直非常看重在8位器件中加入某些节能和外设增强,而且在任何平台上均需要进行定制来建立尽可能好的产品,这已经使得某些微控制器供应商采取更彻底的方法来将最新的Cortex-M0+器件推向市场,而爱特梅尔就是其中之一。

对于第一个M0+产品,爱特梅尔首先退后一步,盘点他们开发8位嵌入式快闪微控制器的经验和超过17年的ARM授权许可厂商历史。很显然,爱特梅尔tinyAVR、megaAVR和AVR XMEGA器件所做的许多创新将与其M0+实施方案高度相关。工程师高度评价的AVR特性示例就是外设事件系统(Peripheral Event System),这是一个允许外设相互结合而不使用任何CPU或总线资源的方法。爱特梅尔的低功率IP也是非常重要的。这包括使用低功率振荡器、门控时钟和预先调节,除了梦游模式和串行通信改进之外,从深度睡眠模式中唤醒时,不允许有数据损失。

因此,爱特梅尔将自己的微控制器的诸多创新和ARM的内核IP相结合,爱特梅尔基于Cortex-M0+器件SAM D20具有2.14coreMark/MHz的CoreMark基准,并且工作模式功耗优于150?A/MHz且RAM保留模式的电流约为2?A左右。相比之下,在相同性能水平上执行相同任务时,市场上的其它器件的工作模式功耗在200至400?A/MHz范围,让我们更仔细地看看使之成为可能的某些增强特性。

如前所述,事件系统(Event System)允许外设通讯而不涉及任何CPU活动,它是一个不依赖传统数据总线路径的路由网络。在外设层面上的不同触发器会导致一个事件;就像定时器的滴答触发另一个外设的反应。事件系统包含八个独立的通道,具有固定的两个周期潜伏期。没有任何时基误差,它是100%确定性方法,是实时应用的完美配合。没有事件丢失,并且在外设层面上以两个周期处理事件,即便CPU正在执行非屏蔽性中断。传统上,用于低功率应用的处理行动方法将会使用中断。然而,中断将唤醒CPU。例如,考虑一个使用PWM的马达驱动应用。为检测错误状态,许多马达应用使用模拟比较器或ADC来测量进入马达驱动的电流。在过电流状态下,一旦允许,需要关闭驱动马达的PWM通道,以便防止永久损坏电路并且达到安全。如果没有事件系统,过电流状态将触发中断,但假如CPU正在执行其它较高优先级任务时,中断服务请求可能会延迟。使用事件系统,用户可以将模拟比较器或ADC直接连接到定时器,并且总是在两个周期内关断定时器,无论MCU是否正在执行其它任务。


图1:事件系统——马达控制驱动器示例。

图1的上述示例说明了事件系统如何管理马达控制电流保护而无需来自CPU的任何干预。此方法有许多优势,主要的优势就是降低了整体功耗预算,有效地卸载了来自CPU的日常任务并实现完全可预测的反应时间。

爱特梅尔器件的其它主要差异化特性之一就是提供了多个高度可配置的串行通信模块(SERCOM)。包含了多达6个串行接口通道,每个串行端口可通过软件进行配置,成为I2C、SPI或USART接口。当着手设计时,这给开发者提供了巨大的灵活性,因为它允许在需要时配置可用接口。例如,假如你需要两个I2C和4个UART接口,它们就是你所做的。对于嵌入式开发人员来说,此方法有两个非常重要的好处。首先,你不再需要网罗微控制器规范,寻找所需要的具有所需数目串行接口类型的器件。这不仅节省了许多时间而且还允许你采用单一微控制器来用于许多类似设计,其中需要的接口可能稍有不同,并且你不再需要购买带有五个UART接口的器件,因为你需要三个SPI接口。第二个好处与PCB设计有关,通过选择符合PCB板上任何支持接口组件或连接器的位置的接口类型,你可以提高PCB布线的效率,不仅有可能缩短路由,而且也可以避免任何长信号通道经过电气噪声组件。通过使用多个SERCOM模块,以及实际上每个SERCOM模块带有多个针脚连接选项,这是有可能做到的。爱特梅尔的SAM D20器件支持高达400kHz的I2C快速模式,而SPI和UART能够最高达到24Mb/s的传送速度。串行通信模块都可连接至上面所述的外设事件系统,允许外设协作而无CPU介入。虽然许多应用未必需要,每个SERCOM模块还能够立即通过软件,重新配置为其它接口类型。

最后,为了提供具有嵌入式开发人员可能寻找的最有用特性的Cortex-M0+设计,基于来自maXTouch产品线的广泛知识基础,爱特梅尔还在SAM D20中加入了外设触摸控制器。这个SAM D20器件上的最具创新的新外设,可用于实现使用按键、滚轮和滑条的触摸控制接口。还有可能实现接近检测功能,在矩阵结构中支持多达256个通道,外设触摸控制器模块同时支持互电容和自电容感测方法。提供出色的噪声抑制和灵敏度特性以及自校准特性,为SAM D20提供许多片上触摸控制能力。

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