32位/64位高性能嵌入处理器

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:537

１　引言

目前，嵌入式产品逐步占领了ｐｃ市场，而其核心部分——处理器的性能则决定了产品的设计和性能。在３２位嵌入式处理器中，由ａｔｍｅｌ公司生产的ａｔ９１系列芯片之一ａｔ９１ｍ４２８００ａ是基于ａｒｍ７ｔｄｍｉ处理器内核的１６／３２位微控制器，它除具有ａｒｍ处理器的低功耗、低成本、高性能等优点外，还具有非常丰富的片内资源，特别适合于嵌入式产品的设计开发。

２ａｔ９１ｍ４２８００ａ的基本特性

ａｔ９１ｍ４２８００ａ采用３２位精简指令集（ｒｉｓｃ）架构，因此，它既支持１６位ｔｈｕｍｂ指令集，又支持３２位的ａｒｍ指令集。它采用三级流水线结构，可在同一时间内，一条指令在执行，第二条指令在译码，第三条指令在取指，这样，在每个周期都有一条指令在执行，因此，指令执行速度很快。ａｔ９１ｍ４２８００ａ的基于先进微控制器总线结构（ａｍｂａ）的模块化设计方法具有综合、快速、高性能价格比的特点。该微控制器的内部工作寄存器很多，非常适合实时控制应用。其主要特点如下：

●内核电压和锁相环电压为２．７～３．６ｖ，ｉ／ｏ口操作电压为２．７～５．５ｖ；

●内部带有８ｋｂ静态ｒａｍ；

●具有完全可编程外部总线接口（ｅｂｉ），且多达８个片选，寻址空间很大；

●内含８通道外设数据控制器（ｐｄｃ）；

●带有５４个可编程ｉ／ｏ口；

●内含６通道１６位定时／计数器；

●具有２个通用串行异步接收／发送器（ｕｓａｒｔ）和２个主／从ｓｐｉ接口；

●内含３个系统定时器；

●时钟可由３２７６８ｈｚ晶体和内部锁相环（ｐｌｌ）电路产生，最高可编程至３３ｍｈｚ，也可由外部时钟信号提供；

●内置嵌入式在线仿真电路（ｅｍｂｅｄｄｅｄｉｃｅ）可通过ｊｔａｇ口对ａｔ９１ｍ４２８００ａ进行测试。

３　基本组成系统

由ａｔ９１ｍ４２８００ａ构成的最基本的系统至少应包括以下几个部分：

（１）程序存储器（ｒｏｍ）

由于ａｔ９１ｍ４２８００ａ内部没有ｒｏｍ，因此，必须外扩一片程序存储器。应当注意的是：ａｔ９１ｍ４２８００ａ的８位总线和１６位总线的ｆｌａｓｈ接法不同，具体接法如图１所示。

（２）数据存储器ｒａｍ　

如果设计的系统比较复杂，数据比较多，当单片机内部８ｋｂｓｒａｍ不能满足要求时，还要外扩一片数据存储器。ａｔ９１ｍ４２８００ａ能够支持两种“写”方式，但对８位数据总线和１６位数据总线的操作也是不同的，因此，对于不同的存储器，其接法不同。对于８位总线的存储器，只需接ｄ０～ｄ７，将ｄ８～ｄ１５悬空，并将其地址线对接，而单片机的ｎｗｅ／ｎｗｒ０接到存储器的ｎｗｅ上。对于１６位总线的存储器，则将其数据线对接，ａ１～ａ１７接存储器的ａ０～ａ１６，并将其ｎｗｅ／ｎｗｒ０接存储器的ｎｗｅ，ｎｕｂ／ｎｗｒ１接存储器的ｎｕｂ，ｎｌｂ／ａ０接存储器的ｎｌｂ。外扩的ｒａｍ的接法与外扩ｆｌａｓｈ的接法类似。

（３）时钟发生电路

ａｔ９１ｍ４２８００ａ的时钟既可以外接晶体，也可外接时钟信号。当外接晶体时，由于其内带振荡电路，因此，外接３２．７６８ｋｈｚ的晶体后，可产生慢时钟（ｓｌｃｋ）。由于ｓｌｃｋ频率低，所以系统的功耗也很低。若想提高系统的工作频率，则可通过ｐｌｌａ或ｐｌｌｂ对其倍频，以达到所要求的工作频率。如果所需频率不能通过ｐｌｌ倍频得到，则可由外接时钟信号来提供。当外接时钟信号时，可直接把时钟信号接到ｘｉｎ引脚上，ｘｏｕｔ引脚悬空。

（４）显示电路

显示电路可采用数码管显示或液晶显示，由于液晶显示的功耗低，故常采用这种显示方式。该设计选用的液晶显示模块为ｌｃｍ１０３。

（５）电源及复位电路

ａｔ９１ｍ４２８００ａ内部带有看门狗（ｗａｔｃｈｄｏｇ）电路，也可以外加ｗａｔｃｈｄｏｇ电路。本文中的例子采用的就是外加ｗａｔｃｈｄｏｇ电路的接法，所选用的器件是ｍａｘｉｍ公司生产的ｍａｘ６３１６ｌｕｋ２９ｃｙ。

４　典型应用

由于单片机ａｔ９１ｍ４２８００ａ具有低功耗、高性能、片内资源丰富、寻址空间大等优点，所以适合现场总线产品的开发，其简要硬件原理图如图２所示。图中只给出主要器件的主要引脚接法，电源电路及其它引脚限于篇幅图中未画，读者在实际的设计过程中可自行设定。

５　存储器空间分配

在本设计中，由于ａｒｍ７ｔｄｍｉ处理器的地址空间非常大（可达４ｇ字节）。因此，在重映射前，可将地址最低的４ｍｂ分配给内部存储器，最高的４ｍ