面向交互式終端類和控制類應(yīng)用的SEP4020嵌入式處理器

引言

　　以信息化為代表的互聯(lián)網(wǎng)時代嵌入式產(chǎn)品，不僅為嵌入式市場展現(xiàn)了美好前景，注入了新的生命；同時也對嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，特別是軟件技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。

這主要包括：支持日趨增長的功能密度、靈活的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、輕便的移動應(yīng)用和多媒體的信息處理。

　　1 嵌入式處理器發(fā)展三大發(fā)展的趨勢：

　?。?） 聯(lián)網(wǎng)成為必然的趨勢

為適應(yīng)嵌入式分布處理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用上網(wǎng)需求，面向21世紀(jì)的嵌入式處理器要求配備標(biāo)準(zhǔn)的一種或多種網(wǎng)絡(luò)通信接口。針對外部聯(lián)網(wǎng)要求，嵌入設(shè)備必需配有通信接口,相應(yīng)需要TCP/IP協(xié)議軟件支持；由于家用電器相互關(guān)聯(lián)(如防盜報警、燈光能源控制、影視設(shè)備和信息終端交換信息)及實驗現(xiàn)場儀器的協(xié)調(diào)工作等要求，新一代嵌入式設(shè)備還需具備IEEE1394、USB、CAN、 Bluetooth或IrDA通信接口，同時也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件。

（2） 支持小型電子設(shè)備實現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本?

為滿足這種特性，要求嵌入式產(chǎn)品設(shè)計者相應(yīng)降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復(fù)用接口芯片。所以在嵌入式處理器的設(shè)計上需要考慮這幾點因素，提供多種芯片電源管理模式來實現(xiàn)微功耗，提高芯片管腳的功能復(fù)用。

（3） 提供精巧的多媒體人機界面?

嵌入式設(shè)備之所以為億萬用戶樂于接受，重要因素之一是它們與使用者之間的親和力，自然的人機交互界面，如司機操縱高度自動化的汽車主要還是通過習(xí)慣的方向盤、腳踏板和操縱桿。人們與信息終端交互要求以GUI屏幕為中心的多媒體界面。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。目前一些先進的PDA在顯示屏幕上已實現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，但離掌式語言同聲翻譯還有很大距離。

2 SEP4020嵌入式微處理器

2.1 SEP4020嵌入式微處理器概述

應(yīng)對嵌入式處理器發(fā)展的趨勢以及市場對嵌入式微處理器芯片的需求逐漸增加。作為SOC芯片及解決方案的專業(yè)提供商， 南京博芯電子技術(shù)有限公司日前發(fā)布了東芯IV+ SEP4020嵌入式微處理器，該處理器面向交互式終端（Interactive Terminal）類和控制類應(yīng)用。它集成LCD控制器、MAC接口為一身，內(nèi)部還嵌入了EMI接口、DMA控制器、多通道定時器、大量的外部中斷。為用戶開發(fā)簡化了硬件和軟件設(shè)計，提供了豐富的接口。

SEP4020使用0.18um標(biāo)準(zhǔn)CMOS的工藝設(shè)計，內(nèi)嵌ASIX CORE（32位RISC內(nèi)核，兼容ARM720T，帶8KB指令數(shù)據(jù)Cache和全功能MMU），采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)，SEP4020芯片中集成各種功能包括：

（1）8/16位SRAM/NOR FALSH接口，16位SDRAM接口
（2）硬件NAND FLASH控制器，支持NAND FLASH自啟動
（3）10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)MAC，支持RMII接口
（4）64K Byte高速片上SRAM
（5）USB1.1 Device，全速11Mbps
（6）支持I2S音頻接口
（7）支持MMC/SD卡
（8）LCD控制器，支持640*480*16位TFT彩屏和STN黑白、灰度屏
（9）RTC，支持日歷功能/WatchDog，支持后備電池
(10) 10通道TIMER，支持捕獲、外部時鐘驅(qū)動和MATCH OUT
(11) 4通道PWM，支持高速GPIO
(12) 4通道UART，均支持紅外
(13) 2通道SSI，支持SPI和Microwire協(xié)議
(14) 2通道SmartCard接口，兼容ISO7816協(xié)議
(15) 支持最多97個GPIO，14個外部中斷
(16) 6通道DMA控制器支持外部DMA傳輸和鏈表傳輸
(17)片上DPLL，支持多種功耗模式，IDLE、SLOW、NORMAL、SLEEP

2.2 SEP4020嵌入式微處理器設(shè)計概述

SEP4020是針對交互式終端類應(yīng)用和控制類的應(yīng)用。作為交互式終端類的應(yīng)用(Epos為代表)，交互式終端是一種以信息交流為主要目的,為個性化用戶提供信息處理、存儲和查詢等功能的嵌入式設(shè)備。與個人電腦機相比,該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、功能專一、操作簡單。目前,信息交互終端主要應(yīng)用于銀行、移動通信和視頻會議等領(lǐng)域。其主要要求芯片具備的特點是成本低、提供強大的交互界面、快捷的通訊方式?；谄湟蟮奶攸c,在SEP4020的設(shè)計過程中添加了LCDC控制器模塊。該控制器支持1bpp黑白、2bppSTN灰度、4bppSTN灰度、16bppTFT彩色顯示。支持的最大分辨率高達800×600。用戶只需要按照液晶屏的設(shè)計規(guī)范去完成硬件設(shè)計，完全不需要添加額外的芯片來支持TFT液晶屏。

同時在SEP4020中還內(nèi)嵌10M/100M以太網(wǎng)MAC，支持設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。用戶只需外接PHY芯片即可完成以太網(wǎng)接口功能的設(shè)計，免去了繁瑣的MAC芯片的選型和設(shè)計的過程。

根據(jù)對控制類應(yīng)用市場的調(diào)查，在SEP4020的設(shè)計過程中加入了控制類應(yīng)用的需求。10通道的定時器設(shè)計，完全能夠滿足工業(yè)控制過程中的定時中斷和計數(shù)的需要。4路的PWM功能設(shè)計免去了用戶復(fù)用一路PWM的煩惱，保證了系統(tǒng)多功能的擴展，另外PWM還可以工作在高速IO模式和計數(shù)器模式。其他的如4通道UART（均支持紅外），2通道SSI（支持SPI和Microwire協(xié)議）也為控制類應(yīng)用提供了常用的功能接口，并能過同時滿足多個同類接口的需要，完全不需要外擴芯片來擴展出多個同類接口。SEP4020最多可支持多達97個GPIO，14個外部中斷。能滿足不同層次上控制類應(yīng)用的需要。

為了降低芯片的功耗，SEP4020采用1.8V內(nèi)核供電，從根本上降低了芯片的功耗。同時在芯片中還專門設(shè)計了芯片電源管理單元（PMC），通過PMC單元可以控制芯片所有模塊時鐘的打開和關(guān)閉。用戶可以通過軟件將系統(tǒng)中當(dāng)前不使用的模塊單元關(guān)閉，達到降低功耗的目的。

時鐘與功耗管理模塊（PMC）控制SEP4020不同工作模式之間的切換：SLOW、NORMAL、IDLE和SLEEP。這些工作模式的目的是根據(jù)芯片不同應(yīng)用，通過動態(tài)地管理芯片內(nèi)部各子模塊的時鐘源供給和系統(tǒng)的工作頻率，從而降低芯片的整體功耗。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位以后或當(dāng)系統(tǒng)關(guān)掉PLL不需要高速時鐘運行時，系統(tǒng)進入到SLOW模式。在SLOW模式下，系統(tǒng)中的CPU核和所有的模塊的時鐘源都來自晶振或其分頻時鐘。如果這個時候系統(tǒng)覺得有必要關(guān)掉某些模塊，那么就可以通過配置功耗管理模塊內(nèi)部的寄存器，把相應(yīng)模塊的時鐘源使能位關(guān)掉。如果在某些應(yīng)用中需要高速時鐘，那么就應(yīng)該切換到NORMAL模式。在NORMAL模式下，系統(tǒng)中的CPU核和所有模塊的時鐘源都來自PLL。如果CPU核在當(dāng)前狀態(tài)下已經(jīng)處理完了所有任務(wù)，在很長一段時間內(nèi)都將處于空閑狀態(tài)，那么系統(tǒng)應(yīng)該進入到IDLE模式。在IDLE模式下，只會關(guān)閉CPU核的時鐘源，而所有的模塊都保持原狀。如果整個系統(tǒng)都已經(jīng)處理完所有的事務(wù)，并且在很長的一段時間內(nèi)都將處于空閑狀態(tài)，那么系統(tǒng)應(yīng)該進入到SLEEP模式。在SLEEP模式下，關(guān)閉CPU核和所有模塊的時鐘源。圖一給出了SEP4020嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu)示意圖。
　

　　　　　　　　　圖1：SEP4020嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)示意圖。

3 SEP4020與其他嵌入式微處理器的比較

綜合以上芯片設(shè)計的分析不難發(fā)現(xiàn)，SEP4020達到了嵌入式處理器發(fā)展的要求，具有一定的前瞻性?？梢詽M足大部分交互終端類和控制類的嵌入式開發(fā)的需要。下面我們將SEP4020跟國內(nèi)外主流的嵌入式處理器芯片進行對比。對比結(jié)果如圖2所示。
　　　

　圖2：SEP4020與國內(nèi)外主流嵌入式處理器對比結(jié)果

4 結(jié)束語

SEP4020憑借其控制功能和交互顯示的強大能力，已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到了初步的應(yīng)用?；赟EP4020的一整套基于B/S架構(gòu)和“家加E”平臺的“ePOS－易支付”系統(tǒng)解決方案，以其低成本、高安全性、高易用性、易擴展、易維護、功能多樣化、行業(yè)適應(yīng)性廣等特點，贏得了銀行和終端制造商的一致認可，而且有望成為下一波銀行卡支付普及浪潮的主力軍。同時基于SEP4020的機器人控制平臺以及機器人教育平臺也受到了客戶的一致好評，充分體現(xiàn)了SEP4020的控制能力和豐富的外圍接口。