32位ARM核微處理器芯片PUC2030A及其應(yīng)用

摘要：介紹了32位ARM核微處理器芯片PUC3030A的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，分析了其具有競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)異性能，列舉了一些可能的應(yīng)用領(lǐng)域。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，采用PUC3030A方案，系統(tǒng)成本遠(yuǎn)低于采用8051加擴(kuò)展芯片的方案。

關(guān)鍵詞：ARM7TDMI SOC RISC CPU PUC3030A MP3

英國(guó)ARM公司設(shè)計(jì)的32位RISC ?Reduced Instruction Set ComputerCPU芯核(簡(jiǎn)稱ARM芯核)，具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)? 目前已占有75%以上的32位嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)。而ARM系列芯片即為各個(gè)半導(dǎo)體廠家開發(fā)的基于ARM芯核的芯片。目前設(shè)計(jì)、生產(chǎn)ARM芯片的國(guó)際大公司已經(jīng)超過100多家，國(guó)內(nèi)中興集成電路和華虹等公司也已經(jīng)購買ARM公司的芯核用于通訊專用芯片和加密IC卡的設(shè)計(jì)。 PUC3030A是德國(guó)Micronas公司開發(fā)的基于32位ARM核的高性能低功耗微處理器。采用ARM7TDMI內(nèi)核，內(nèi)部集成了USB1.1接口控制器，RTC為帶日歷和報(bào)警功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，內(nèi)部看門電路，功率管理，加密控制器，256K字節(jié)FLASH?56K字節(jié)SRAM等。在許多應(yīng)用領(lǐng)域其系統(tǒng)成本遠(yuǎn)低于采用8051加擴(kuò)展芯片的方案。由于Micronas公司及其第三方設(shè)計(jì)室提供了眾多的程序庫，加上ARM公司ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境支持C和C++?使得其軟件開發(fā)也十分容易。因此，PUC3030A將是許多電子產(chǎn)品方案的選擇之一。 1 PUC3030A的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能指標(biāo) PUC3030A的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。 PUC3030A內(nèi)部為64MHz ARM7TDMI 32位微處理器，約60MIPS，固定為小模式運(yùn)行，可以處理MP3、AAC等數(shù)字音頻的解碼和語音的編解碼，具有完成一定數(shù)據(jù)處理分析的功能。PUC3030A內(nèi)置48KB通用SRAM和256KB Flash RAM。另有存儲(chǔ)器保護(hù)單元和加密控制器，使其具有很好的程序和數(shù)據(jù)保密功能。 PUC3030A有內(nèi)部PLL和功率控制器，使用6MHz外部晶體即可提供64MHz內(nèi)部工作頻率，支持操作、空閑、休眠和關(guān)斷四種模式。 圖1 PUC3030A的內(nèi)部功能框圖 PUC3030A的USB1.1接口支持控制傳送、塊傳送、中斷傳送和等時(shí)傳送方式。支持等時(shí)傳送方式是PUC3030A的USB接口的一大特點(diǎn)，是其它大多數(shù)CPU的內(nèi)嵌USB控制器所不支持的功能。此功能可以支持USB音頻和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。其USB接口具有8KB FIFO? 也是其它大多數(shù)CPU的內(nèi)嵌USB控制器所不具備的，甚至比許多專用USB控制芯片具備更多的USB數(shù)據(jù)緩存空間。 PUC3030A具有可靈活設(shè)置的中斷控制器?每個(gè)GPIO都可以被設(shè)置成FIQ或IRQ中斷，每個(gè)GPIO的中斷觸發(fā)方式都可以設(shè)置成高電平觸發(fā)、低電平觸發(fā)、上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)等四種觸發(fā)方式，使得指輪盤、紅外接收器、鍵盤掃描等低速信號(hào)的處理完全可以處于背景程序中運(yùn)行，不需要一直占用CPU時(shí)間進(jìn)行掃描檢測(cè)。 另外，PUC3030A還有I2C主/從接口，66個(gè)GPIO，5個(gè)同步串行口，主模式最高24M位速率，從模式最高16M位速率，支持SPI、I2S，多個(gè)同步串行口使得PUC3030A 特別適用于多通道USB音頻產(chǎn)品、LED多屏顯示系統(tǒng)、多通道數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。PUC3030A的2個(gè)全功能串行口支持高速紅外數(shù)據(jù)傳輸(IrDA)。它還有3個(gè)32位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，內(nèi)部看門狗定時(shí)器，RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘帶日歷和報(bào)警功能 ，BGA81封裝芯片無此功能。 PUC3030A具有JTAG調(diào)試接口，支持Multi-ICE、Trace32和Jeeni等JTAG調(diào)試開發(fā)工具和ADS、SDT2.5等開發(fā)軟件，提供了良好的開發(fā)環(huán)境。 由于PUC3030A具有上述優(yōu)異性能，在許多應(yīng)用領(lǐng)域甚至比采用51系列芯片更具有成本優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)椋簩?duì)于一般的應(yīng)用，如果采用51芯片，通常需要擴(kuò)展1片SRAM芯片、1片RTC芯片、1片F(xiàn)lash芯片、2片8255 I/O擴(kuò)展電路、1片USB控制芯片、1片看門狗電路;除了運(yùn)算處理速度遠(yuǎn)低于PUC3030A芯片外，采用51方案的成本遠(yuǎn)高于PUC3030A;由于布線多、PCB板面積大等問題，使得采用51方案的電路可靠性遠(yuǎn)低于采用PUC3030A的單芯片方案。 PUC3030A目前提供PQFP100和LFBGA81兩種封裝形式。PQFP100的封裝尺寸為23.2mm%26;#215;17.2mm，LFBGA81的封裝尺寸為9mm%26;#215;9mm。后者缺少RTC功能，比前者的GPIO少，適合于PCB面積特別小的場(chǎng)合。 2 PUC3030A具有競(jìng)爭(zhēng)力的應(yīng)用領(lǐng)域 2.1 便攜式帶U盤功能的MP3播放器 由于PUC3030A支持Nand Flash、MMC、SDC、CF卡等多種Flash芯片和Flash卡，并且可以通過GPIO模擬總線方式支持硬盤，因此它最適宜用來開發(fā)便攜式帶U盤功能的MP3播放器。 PUC3030A使用ARM核進(jìn)行MP3數(shù)據(jù)的存取和解碼。ARM公司提供了解碼庫，Micronas公司移植到PUC3030A上。操作系統(tǒng)采用Micronas公司專門為便攜式MP3播放器設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以庫文件形式提供。因此，用戶只需修改相應(yīng)的鍵盤顯示程序即可完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，大大縮短了用戶的開發(fā)周期，減少人力資源的投入。 2.2 支持長(zhǎng)時(shí)間錄音的數(shù)字錄音筆 由于PUC3030A支持多種語音壓縮格式，如果采用PUC3030A作為數(shù)據(jù)編解碼處理器，再利用其內(nèi)置的USB1.1接口作為數(shù)據(jù)傳輸接口，只需外接一片低成本的語音ADC芯片和一片大容量的Flash或MMC卡即可構(gòu)成一個(gè)支持長(zhǎng)時(shí)間錄音的數(shù)字錄音筆。PUC3030A內(nèi)置RTC，可以自動(dòng)記錄每段錄音的時(shí)間信息。

2.3 基于USB1.1的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 由于PUC3030A具有適合于便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳輸控制和數(shù)據(jù)處理功能，因此，在采用USB總線供電時(shí)，只需外接ADC/DAC和電源管理芯片就可以構(gòu)成完整的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。而且，由于PUC3030A具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無損壓縮的能力，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，如數(shù)據(jù)量大且數(shù)據(jù)可壓縮比大的音頻和圖像數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，可以在低成本的USB1.1標(biāo)準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)高保真的傳送。 2.4 手持式水表抄表系統(tǒng) 在PUC3030A推出之前， 由筆者承接開發(fā)的手持式水表抄表系統(tǒng)，采用了Samsung公司的S3B44X0芯片，需要外部擴(kuò)展一片USB接口芯片USBN9603、一片BootRom芯片29C040、一片用于提供程序運(yùn)行空間的外部SDRAM。而改用PUC3030A后， 由于PUC3030A具有上述4種芯片的功能，可以用PUC3030A代替。這樣大大減少了PCB板面積，簡(jiǎn)化了布線工作，顯著地提高了系統(tǒng)的可靠性。另外，PUC3030A的系統(tǒng)功耗很低，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)尤其適宜電池供電的手持式儀器。

2.5 稅控收款機(jī) 由于PUC3030A具有良好的程序和數(shù)據(jù)加密功能，并具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以運(yùn)行數(shù)據(jù)庫。而且，其內(nèi)部的RTC時(shí)鐘可以提供每筆收款的時(shí)間記錄，2個(gè)全功能(含RXD、CTS、DSR、DCD、RTS、DTR、RI、TXD)的UART接口可以方便地與各種條碼閱讀器、磁卡閱讀器、IC卡閱讀器和Modem等設(shè)備連接。[!--empirenews.page--]

2.6 USB條碼閱讀器/磁卡閱讀機(jī)/智能卡讀寫及指紋識(shí)別門鎖/考勤機(jī) PUC3030A內(nèi)置USB接口和RTC，并具有良好的程序和數(shù)據(jù)加密功能，且系統(tǒng)功耗低，可以構(gòu)成USB總線供電的單芯片條碼閱讀器/磁卡閱讀機(jī)/智能卡讀寫機(jī)及指紋識(shí)別門鎖/考勤機(jī)，不再需要外界電源變壓器和串口線等，易于安裝和使用。內(nèi)部RTC可以提供每條記錄的時(shí)間信息。 2.7 LED多屏顯示系統(tǒng) LED多屏顯示系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、車站和碼頭等場(chǎng)合。PUC3030A的高速處理功能和多達(dá)5個(gè)高速SPI接口，使得它特別適用于LED多屏顯示系統(tǒng)。傳統(tǒng)的LED顯示屏幕，基本上采用8051 8位處理器外加許多擴(kuò)展芯片構(gòu)成控制系統(tǒng)。下面以最常見的LED顯示屏產(chǎn)品為例，對(duì)采用PUC3030A的方案和采用51芯片加擴(kuò)展芯片的方案作一對(duì)比，如表1所示。 表1 采用PUC3030A的方案與采用51芯片加擴(kuò)展芯片的方案比較 　采用PUC3030A的方案采用51芯片加擴(kuò)展芯片的方案 CPU PUC3030A 89C52 擴(kuò)展 SRAM RTC 程序存儲(chǔ)器 GPIO 總線擴(kuò)展 PC通訊內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置不需要內(nèi)置USB 62C256一片 DS12887一片 29C040一片 8255二片 74HC373一片 MAX3232一片 PCB面積 40mm%26;#215;40mm 120mm%26;#215;200mm 布線復(fù)雜程度低高 可靠性高低 獨(dú)立復(fù)雜圖像處理支持不能獨(dú)立處理，需PC機(jī)協(xié)助 其他單一芯片，庫存管理和采購工作量小芯片多，庫存管理和采購工作量大，總體成本高除了上述應(yīng)用場(chǎng)合，PUC3030A還可以應(yīng)用于其他許多領(lǐng)域，尤其是需要帶USB接口、Flash、RTC、多同步串口、多異步串口等資源的應(yīng)用場(chǎng)合。