当前位置:中国高校自动化网 >> 单片机技术 >> 浏览文章

【程序】ColdFire系列32位微处理器特色解决方案

文章来源:EDN博客 作者:lihailin560 访问次数:


文章导读:本程序为ColdFire系列32位微处理器特色解决方案

作者:    时间:2008-08-22    来源:           飞思卡尔给世界的电子产品带来了革命性的影响,它使我们的生活更加轻松,生产更发达,联络也更广泛。ColdFire系列微处理器就是基于上述观念构建的,过去8年中,ColdFire在飞思卡尔32位微处理器系列中扮演了关键性的角色。嵌入式产品的生产商们——从大型工业自动控制系统到喷墨打印机、小巧的MP3播放器——都信赖ColdFire微处理器,相信ColdFire有助于使它们的产品以更低的成本、更快地走向市场。极富诱惑的性价比、完善的系列标准产品和广泛支持的开发工具可以提供给系统设计者极大的自由度和多样的手段,为用户创造出有特色的解决方案。
---小巧、高集成度的ColdFire微处理器是百分之百的模块化结构,可以很容易地适应新的加工处理技术,方便地与存储器、系统模块和通信外设集成。可变长的 RISC指令体系让设计者拥有更大的设计灵活度及非凡的代码密度。有效地利用片内存储器意味着设计者不需要再用损失性能的代价去换取系统成本的低廉。 

---随着单片机领域技术水平的不断发展,日益复杂的32位嵌入式应用对系统的性能提出了更高的要求。应对这种性能挑战,飞思卡尔半导体推出了MCF547x和MCF548x系列单片机,这也是首批基于ColdFire第4代增强型(V4e)核心的产品。

 
---ColdFireV4e核心是目前为止集成度最高的ColdFire核心,产品将丰富的连接外围设备、可选的加密加速器、系列之间的管脚兼容性这几方面的优势相结合,提供了一个具有竞争力的经济高效的系统解决方案,支持各种应用,包括工厂自动化、流程控制、机器人、保健医疗设备等。其特点包括:
---● 内存管理单元(MMU),使用户态与系统态分离,以求高可靠性和高安全性,使操作系统保护模式的应用得到扩展,可运行各种操作系统,如Linux;
---● 浮点处理单元(FPU),在复杂应用和算法方面表现极佳;
---● 增强型乘法累加器(EMAC),双口RAM,可由用户定义的地址变换,仅用微处理器的单一指令流即可实现DSP的高速运算;
---● 片内多重并行处理,适用于数值密集运算,也适用于一般过程控制。
丰富的通信外设模块
---MCF547X 和 MCF548X系列单片机通过集成各种通信外设模块提供丰富的通信功能:
---● 2路10/100Mb/s以太网控制器
---● 高速USB2.0模块(从设备),有7个端点和1个集成收发器  
---● 4个UART/USART/IrDA/Modem可编程异步串行控制器(PSC)
---● 带DM功能的外设同步串行接口(DSPI)
---● 有集成电路间互联总线控制器(I2C)
---由于片内对多种通用通信接口的支持,仅需要扩展适量存储器和必要的物理层驱动器就可以为多种应用提供廉价的解决方案。
引脚兼容
---MCF547X和MCF548X系列单片机的引脚兼容,使嵌入式应用系统的硬件设计便于裁剪,为将来应用系统的扩展与升级提供了便利的灵活性。
广阔的应用领域
---ColdFire系列单片机极适用于网络互连与控制设备,对于需要多种通信接口和很高系统性能指标的应用,ColdFire系列单片机可提供高性能、低价位,有竞争力的系统解决方案。
---MCF547x的工作温度范围是0~70℃,是为商业终端(POS)系统、安全系统、机器人和医疗器械等应用场合设计的。MCF548x内置双CAN模块,工作温度范围是-40~85℃,更适合应用在工厂和建筑自动化、处理控制设备和其他工业控制应用等嵌入式应用场合。它集合了高达400+MIPS的处理能力、DDR SDRAM控制器和完善的通信接口,MCF547x和MCF548x系列是大型复杂互联控制设备的理想选择。 
---专门设计的高速硬件加密模块能确保通信的安全可靠。MCF547x和MCF548x两个系列都提供多种通信连接方式、可靠的加密算法和廉价的系统解决方案。这两个处理器系列还集成了常见的通用外设模块,例如定时器,I2C和DSPI,这些模块也是嵌入式控制系统中经常用到的。
主要特点
---1. 高性能ColdFire V4e内核。
----MCF547x 可达410 Dhrystone2.1 MIPS@266MHz
----MCF548x 可达308 Dhrystone2.1 MIPS@200MHz
---2. 32kB的指令高速缓存及32kB的数据高速缓存。
---3. 片内内存管理单元(MMU),浮点单元(FPU)和增强的乘法累加器(EMAC)。
---4. 高集成度。
----双10/100Mb/s以太网控制器
----内建PHY的USB2.0高速接口(可选)
----32位v2.2PCI接口,33/66MHz,5个外部主控制器
----32KB片内SRAM ----16通道的DMA控制器
----4个32位的定时器,2个32位的片状定时器,1个看门狗定时器
----4个可编程串行控制器 (UART、USART、IrDA、modem)
----双CAN2.0B总线(MCF548x)
----可选择的快速硬件加密(DES,3DES,RC4,AES,MD5,SHA-1,RNG)
----32位的133MHz DDR/SDR-SDRAM控制器
----核心电压1.5V,DDR 电压2.5V,I/O电压3.3V

 

MCF547x ColdFire微处理器应用案例1——自动加油站和自动取款机(ATM)
---加油站已经成为一种信息设备,除了让客户加油和付费外,还为业主提供出售商品的机会,并可作为基于Web的信息门户。竞争压力迫使加油站业主远程监控加油站,而不必亲临现场。加油站现在包括带有触摸屏或键盘的液晶显示屏,同时还提供扬声器、条码扫描仪、射频识别(RFID)系统、收款机和收据打印设备。
主要优势
---● MCF547x处理器系列通过单个设备,为下一代自动加油站和ATM提供全面的高水平控制。
---● MCF547x设备上的多个通信接口为设计提供了很大的灵活性。
---● MCF547x设备的可选加密加速器使用户能够以更高的安全性收集财务信息和特定客户营销信息,并通过个人网(PAN)、局域网(LAN)或广域网(WAN)接口传送,而不会带来系统性能的显著降低。
设计挑战
---典型的加油站/ATM带有几个输入/输出系统,包括读卡器、收款设备、条码扫描仪、扬声器、加油电子设备、触摸屏界面等。该应用的控制芯片需要多个连接接口来控制系统,而无须添加大量外部逻辑。

 


---人们需要大量不同的网络连接。首先,他们通常需要局域网,以远程监控加油泵、打印机和收款机,同时收集诊断信息,执行系统软件升级。此外,提供单独的局域网接口,将加油站连接到互联网,直接与客户进行Web交互,对顾客也非常有用。很多下一代加油站都提供WAN或PAN接口,用于收集用户付款信息,在加油站与汽车之间进行直接通信。由于财务和个人数据可在加油站收集,因而在不影响交易的情况下安全传输这些信息至关重要。
飞思卡尔解决方案
---飞思卡尔的MCF547x处理器系列非常适合用做下一代信息设备(如自动加油站)中的主控制处理器。片上PCI接口直接控制液晶屏和触摸屏系统,可以使用不同屏幕尺寸和不同技术。MCF547x设备上有大量的连接外围设备,包括4个可编程串行控制器、两个10/100以太网接口和DMA-SPI(直接存储器访问-串行外围设备接口),为设计提供了很大的灵活性。
---该产品支持多个10/100以太网连接,这就意味着加油站可以轻易地通过客户Web界面分离远程监控和诊断信息。此外,DMA-SPI能与下一代WAN和PAN设备(如RFID和ZigBee协议设备,以及蓝牙无线技术设备)连接。借助MCF547x设备的硬件加速加密功能,客户可通过系统中的任何通信外围设备,快速、安全地存储和传输信息。
---MCF547x ColdFire微处理器应用案例2——安全增强型互联网协议摄像机
---安全增强型互联网协议(IP)摄像机通过快速以太网或无线局域网链路可以在互联网上提供流视频。摄像机的视频可以从集成CMOS/CCD数字影像传感器或外部摄像机上输入。安全增强型IP摄像机首先模拟摄像机输入信息解码,再进行数字化处理,之后变成标准的数字视频格式。最后,将数字视频压缩成动态的JPEG、MPEG-2或MPEG-4格式,通过DMA将其传输到处理器的存储器。
---通过麦克风或外部音频设备输入的音频信号由软件编码器进行数字化处理和压缩。安全增强型IP摄像机也可为内部通信应用输出音频信息。
---压缩的音频和视频流可以通过使用TCP/IP协议在有线10/100以太网或IEEE 802.11无线局域网上进行分组、选择性地加密或发送。
---该摄像机使用Web接口进行配置,支持远程水平和垂直控制,可选择用于无线应用的外部适配器,或用于有线装置的以太网电缆进行供电。
主要优势
 ---● MCF547x设备上的硬件加速加密有助于在公共接口上对可能具有敏感性的视频信息进行安全传输,而不会影响系统性能。

 


---● MCF547x设备上的片上外围设备可以直接连接安全增强型IP摄像机,包括通过片上USB 2.0.高速设备接口把摄像机作为PC外设进行设置。
---● V4e ColdFire核中的内存管理单元允许安全增强型摄像机系统运行保护模式的操作系统,比如标准嵌入式Linux。
设计挑战
---互联网摄像机最重要的要求之一就是安全性。视频流可能通过公共无保护网络进行传输,因此敏感的视频流需要加密,确保只有授权人才能看到影像或控制摄像机。这种加密应该以经验证的标准(如DES、3DES或AES等)为基础,必须经过加速以满足最低CPU开销的实时要求。
---第二个要求是高内存带宽。图像信息传输到内存,到加密引擎后再传输回来,然后进行分组并发送到10/100以太网或IEEE 802.11 MAC。另外,还需要一个高速带内存总线和可降低总线使用率的大CPU高速缓冲存储器。
---其他一些要求包括:PCI总线网桥接口,连接具有标准IEEE 802.11a/b/g 的无线芯片集和MPEG编码器,集成10/100以太网MAC,能够执行音频压缩/减压算法的增强型乘/加算法,利用标准Linux操作系统进行分配的带全内存管理的CPU。  
飞思卡尔解决方案
 ---MCF547x系列为安全增强型IP摄像机处理器提供了一个一体化平衡解决方案。片上加密引擎支持DES、3DES和AES私钥算法,以及硬件随机号码生成。总线主控功能使用外部32位高速DDR SDRAM,直接获取明文图像并存储加密图像输出。大的片上双32KB高速缓存能最小化CPU总线的使用,同时32KB SRAM可用于存储密钥和初始向量,以及音频压缩/减压数据。
---MCF547x片上外围设备包括PCI网桥、双快速以太网控制器、可编程串行控制器(可与音频多媒体数字信号编解码器无胶连接)、生成PWM用于水平和垂直电机控制的定时器,以及将摄像机作为PC外围设备使用的USB2.0高速设备接口。
---MCF547x设备上的V4e ColdFire核心在266MHz时能提供高达410MIPS,具有可用于DSP功能的增强型MAC单元。完全的MMU功能模式支持保护模式操作系统,比如标准的Linux操作系统。  

 

总结
---凭借卓越的集成和调试功能及广泛的性价选择,ColdFire系列产品取得了巨大成功。ColdFire器件应用广泛,得到了强大的开发工具支持——编译器、汇编器、连接器、调试器、代码转换器,仿真器和评估测试工具——帮助缩短了产品的设计周期,使产品能更快速地进入市场。面对一个快速更新和低系统成本的市场,ColdFire系列将客户带来竞争优势,提供致胜之道。

上一篇:51单片机驱动步进电机电路及程序
下一篇:ARM7与FPGA在工业控制的结合
最近更新