采用高度灵活32位usb单片机架构优化嵌入式设计 - silicon labs.pdfVIP

采用高度灵活32位USB单片机架构优化嵌入式设计 在当今嵌入式市场上取胜的关键是能够对市场需求变化、最终设计变动以及竞争挑战做 出快速响应。多年来，单片机 （MCU ）在这方面为嵌入式系统提供了种类繁多的可配 置平台，通过固件升级和I/O改变，开发人员获得极大灵活性，能轻松而高效的实现新 系统各项功能。 然而，对于传统MCU来说，即使是微小的I/O变化都会给印刷电路板（PCB ）设计工程 师带来麻烦，尤其是在成本和空间受限的系统中，而这些在MCU应用中是很常见的。 例如，系统中的连接器全部位于外壳一侧，而一些I/O需要通过MCU底部连接到MCU另 一侧，这主要是由于MCU供应商在定义引脚输出 （例如新系统I/O连接器）不能全部位 于IC 同一侧。重新调整引脚以取得某种I/O组合功能，可能会迫使PCB布局工程师使用 更多板层，导致系统整体成本增加。 设计中所面临的另一个挑战来自于MCU封装。为了降低成本，一些MCU供应商会提供 引脚功能共享器件，从而使IC封装变得更小更便宜。寄存器配置能够将这些I/O 引脚分 配给不同外设，然而这种自由度通常会受到限制。基于配置控制的硬件可能仅仅支持每 个引脚具有一或两个功能及有限的选项，如果MCU被用于供应商未预料到的应用中， 可能会引起潜在的引脚冲突。各式各样的MCU应用意味着上述情况也许会频繁发生。 Silicon Labs借助其8位混合信号MCU设计的经验和专长，把灵活的I/O系统应用在基于 ARM® Cortex™-M3 内核的新型Precision32™ MCU设计中。该设计的关键是高度可配置 双crossbar架构-可编程开关矩阵，他能够将任一输入连接到任一输出引脚。 Precision32 MCU架构含有两个crossbar （IC两侧各有一个），可以将任意内部I/O功能连 接到不同引脚上，如图1所示。此范例中Precison32 MCU采用TQFP-80封装，Crossbar 1 连接到引脚9-40 ，不包括引脚28和29 ，这两个引脚是电源引脚和接地引脚。Crossbar 1 支持14种不同的内部功能，包括各种串口、定时器和比较器。所有这些功能都可以与 crossbar所支持的任意外部引脚相连。其中，一些引脚可以配置为A/D转换器输入或5 V 电压兼容的输出。 Silicon Laboratories, Inc. Rev 1.0 1 图1. Precision32 MCU双Crossbar架构 Crossbar架构为设计人员提供许多便利之处，这种架构可以对芯片引脚功能进行重新配 置，以简化电路板设计，他可以分配一组I/O 引脚以尽可能靠近IC或需要连接的连接器。 通过允许使用更少PCB布线层，该方法通常能减少成本，因为能避免在MCU下走线或 在PCB上放置更多的电路线，同时也能通过使对噪音较敏感的走线尽可能短或尽可能靠 近地线来提升信号完整性。此外，仅需对crossbar控制寄存器进行重新编程，就可以轻 松实现引脚功能的改变，以适应最终电路板变动。 这种I/O配置的微调控制允许设计人员使用更加经济有效的封装，可以选择将哪些功能 连接到引脚、哪些功能不连接。 为了简便的从其他MCU移植到Precision32 MCU ，Silicon Labs选择ARM Cortex-M3作为 Precision32系列产品的处理器内核。由于这种处理器内核在嵌入式市场上被众多MCU 供应商和软件工具供应商所广泛采用，因此他已快速成为32位MCU架构约定俗成的标 准，这为嵌入式开发人员提供高可选择性。就传统开发工具而言，例如C和C++编译器 和实时操作系统，ARM Cortex-M3被众多软件公司所支持。当前，ARM 内核的标准化 前所未有的简化32位MCU 间的代码移植。因此，选择MCU 的决定性因素已经不再是CPU Silicon Laboratories, Inc. Rev 1.0 2 内核架构，而是外围设备以及MCU供应商解决系统设计问题的创新方法。 灵活的crossbar机制比其他MCU供应商所采用的多种特殊I/O重映射模式更加简便。为了 进一步提高易用性，Silicon Labs优异的软件工具简化了器件配置。Silicon Labs Ap