摩登三1960_嵌入式MCU硬件设计概述

  1引言

  目前,集成电路的嵌入式技术发展越来越快,各色嵌入式产品也越来越受欢迎,尤其是以大屏幕多功能的手机、平板电脑等为典型代表,做为其控制核心的高性能、低功耗的微控制器MCU)起到了决定性作用。因此以CPU为核心MCU的设计也成为了诸多高等院校、各大公司进行市场竞争的一个主流发展方向。

  2 MCU选型技术

  微控制器(MCU)的应用领域非常广泛,如消费类电子市场中的手机、照相机、摄像机、MP3、MP4、平板电脑、笔记本电脑、PC机、各种遥控电动玩具等,还有汽车电子的电子钥匙、控制系统、导航、倒车影像、倒车雷达等,还有各种安全防卫系统、医疗器械、工业控制、武器装备、航空航天等各个领域。因此在设计MCU之前需要进行明确的市场定位,从而使目标产品有的放矢,并在高性能、低成本、多功能、轻体积、低功耗、高可靠、散热好、抗辐照、抗单粒子、适应超高温和超低温等方面具有很强的竞争力。MCU硬件设计主要包括两大部分:CPU选型和外围IP核的选取。

  3 CPU选型

  CPU作为MCU的大脑,起到控制核心的作用,基本上决定了MCU的目标应用领域,因此CPU的选型是设计MCU的关键。目前,可以用于集成电路嵌入式设计的CPU主要有CISC架构的80386EX,RISC架构的ARM7TDMI/EJ、ARM926EJS/946ES/968ES、ARM1136/56/76、ARMCortex-A5/7/8/9/15、ARMCortex-R4/5/7、ARMCortex-M0/0+/1/3/4、SecurCore000/100/300、MIPS32M4K/4K/14K/24K/34K/74K/1004K/1074K、microMIPS32、SmartMIPS、Nios/NiosII、PowerPC40x/60x/70x/90x、SPARCv7/8/9、LEON2/3/4、OR1000/1200等,其中以ARM系列嵌入式CPU发展的势头最为迅猛,占据了嵌入式处理器绝大部分的市场份额,而且还在继续增长。各家公司的每种处理器都有自己的特点,可以满足不同的应用需求。此外,开发环境的完备性、总线接口协议的高效性、技术支持的专业性、IP核种类的丰富性、设计资源的开放性以及设计者的使用习惯等,都会对CPU的选型产生决定性的影响。

  4外围IP选取

  对于应用领域而言,外围IP核起到了很好的支撑作用,因为如果把MCU比作“人”,则外围IP核相当于MCU的“眼”“耳”“口”“鼻”等重要器官,所以外围IP核的选取也同样至关重要。IP核的选取包括通用IP核和特定用途IP核两种。

  4.1通用IP选取

  目前,通用IP核的种类比较繁多,按照总线接口协议可以分为IBM公司的Core Connect、ARM公司的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)和Silicore Corp公司的Wishbone等;按功能分为接口类IP核如DMA、GPIO、UART、USART、Timer、WDT、I2C、I2S、SPI、CAN、存储器控制器,图像处理类IP核等;存储器类IP核如ROM、RAM、SRAM、FLASH等。根据功能不同可以进行不同的选择,还可以集成几个相同功能的IP核,如UARTx4有4个UART接口,I2Cx2则是有2个I2C接口等。