摘? 要: 介紹了32位ARM核微處理器芯片PUC3030A的結構和特點,分析了其具有競爭力的優異性能,列舉了一些可能的應用領域。在某些應用領域,采用PUC3030A方案,系統成本遠低于采用8051加擴展芯片" title="擴展芯片">擴展芯片的方案。
關鍵詞: ARM7TDMI? SOC? RISC CPU? PUC3030A? MP3播放器
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英國ARM公司設計的32位RISC (Reduced Instruction Set Computer)CPU芯核" title="芯核">芯核(簡稱ARM芯核),具有功耗低、成本低等顯著優點， 目前已占有75%以上的32位嵌入式產品市場。而ARM系列芯片即為各個半導體廠家開發的基于ARM芯核的芯片。目前設計、生產ARM芯片的國際大公司已經超過100多家,國內中興集成電路和華虹等公司也已經購買ARM公司的芯核用于通訊專用芯片和加密IC卡的設計。
PUC3030A是德國Micronas公司開發的基于32位ARM核的高性能低功耗微處理器。采用ARM7TDMI內核,內部集成了USB1.1接口控制器,RTC為帶日歷和報警功能的實時時鐘,內部看門電路,功率管理,加密控制器,256K字節FLASH，56K字節SRAM等。在許多應用領域其系統成本遠低于采用8051加擴展芯片的方案。由于Micronas公司及其第三方設計室提供了眾多的程序庫,加上ARM公司ADS1.2集成開發環境支持C和C++，使得其軟件開發也十分容易。因此,PUC3030A將是許多電子產品方案的選擇之一。
1 PUC3030A的結構特點及性能指標
PUC3030A的內部功能框圖如圖1所示。
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PUC3030A內部為64MHz ARM7TDMI 32位微處理器,約60MIPS,固定為小模式運行,可以處理MP3、AAC等數字音頻的解碼和語音的編解碼,具有完成一定數據處理分析的功能。PUC3030A內置48KB通用SRAM和256KB Flash RAM。另有存儲器保護單元和加密控制器,使其具有很好的程序和數據保密功能。
PUC3030A有內部PLL和功率控制器,使用6MHz外部晶體即可提供64MHz內部工作頻率,支持操作、空閑、休眠和關斷四種模式。
PUC3030A的USB1.1接口支持控制傳送、塊傳送、中斷傳送和等時傳送方式。支持等時傳送方式是PUC3030A的USB接口的一大特點,是其它大多數CPU的內嵌USB控制器所不支持的功能。此功能可以支持USB音頻和實時數據傳輸。其USB接口具有8KB FIFO， 也是其它大多數CPU的內嵌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數據緩存空間。
PUC3030A具有可靈活設置的中斷控制器，每個GPIO都可以被設置成FIQ或IRQ中斷,每個GPIO的中斷觸發方式都可以設置成高電平觸發、低電平觸發、上升沿觸發、下降沿觸發等四種觸發方式,使得指輪盤、紅外接收器、鍵盤掃描等低速信號的處理完全可以處于背景程序中運行,不需要一直占用CPU時間進行掃描檢測。
另外,PUC3030A還有I2C主/從接口,66個GPIO,5個同步串行口,主模式最高24M位速率,從模式最高16M位速率,支持SPI、I2S,多個同步串行口使得PUC3030A 特別適用于多通道USB音頻產品、LED多屏顯示系統" title="顯示系統">顯示系統、多通道數據采集與控制系統。PUC3030A的2個全功能串行口支持高速紅外數據傳輸(IrDA)。它還有3個32位定時/計數器,內部看門狗定時器,RTC實時時鐘帶日歷和報警功能 (BGA81封裝芯片無此功能)。
PUC3030A具有JTAG調試接口,支持Multi-ICE、Trace32和Jeeni等JTAG調試開發工具和ADS、SDT2.5等開發軟件,提供了良好的開發環境。
由于PUC3030A具有上述優異性能,在許多應用領域甚至比采用51系列芯片更具有成本優勢。這是因為:對于一般的應用,如果采用51芯片,通常需要擴展1片SRAM芯片、1片RTC芯片、1片Flash芯片、2片8255 I/O擴展電路、1片USB控制芯片、1片看門狗電路;除了運算處理速度遠低于PUC3030A芯片外,采用51方案的成本遠高于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×17.2mm,LFBGA81的封裝尺寸為9mm×9mm。后者缺少RTC功能,比前者的GPIO少,適合于PCB面積特別小的場合。
2 PUC3030A具有競爭力的應用領域
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便攜式帶U盤功能的MP3播放器" title="播放器">播放器。
PUC3030A使用ARM核進行MP3數據的存取和解碼。ARM公司提供了解碼庫,Micronas公司移植到PUC3030A上。操作系統采用Micronas公司專門為便攜式MP3播放器設計的實時操作系統,以庫文件形式提供。因此,用戶只需修改相應的鍵盤顯示程序即可完成產品設計,大大縮短了用戶的開發周期,減少人力資源的投入。
2.2 支持長時間錄音的數字錄音筆
由于PUC3030A支持多種語音壓縮格式,如果采用PUC3030A作為數據編解碼處理器,再利用其內置的USB1.1接口作為數據傳輸接口,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卡即可構成一個支持長時間錄音的數字錄音筆。PUC3030A內置RTC,可以自動記錄每段錄音的時間信息。
2.3 基于USB1.1的便攜式數據采集系統
由于PUC3030A具有適合于便攜式數據采集系統的傳輸控制和數據處理功能,因此,在采用USB總線供電時,只需外接ADC/DAC和電源管理芯片就可以構成完整的USB數據采集系統。而且,由于PUC3030A具有實時數據無損壓縮的能力,在某些應用場合,如數據量大且數據可壓縮比大的音頻和圖像數據的采集系統,可以在低成本的USB1.1標準下實現高保真的傳送。
2.4 手持式水表抄表系統
在PUC3030A推出之前, 由筆者承接開發的手持式水表抄表系統,采用了Samsung公司的S3B44X0芯片,需要外部擴展一片USB接口芯片USBN9603、一片BootRom芯片29C040、一片用于提供程序運行空間的外部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,簡化了布線工作,顯著地提高了系統的可靠性。另外,PUC3030A的系統功耗很低,這個優點尤其適宜電池供電的手持式儀器。
2.5 稅控收款機
由于PUC3030A具有良好的程序和數據加密功能,并具有強大的數據處理能力,可以運行數據庫。而且,其內部的RTC時鐘可以提供每筆收款的時間記錄,2個全功能(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等設備連接。
2.6 USB條碼閱讀器/磁卡閱讀機/智能卡讀寫及指紋識別門鎖/考勤機
PUC3030A內置USB接口和RTC,并具有良好的程序和數據加密功能,且系統功耗低,可以構成USB總線供電的單芯片條碼閱讀器/磁卡閱讀機/智能卡讀寫機及指紋識別門鎖/考勤機,不再需要外界電源變壓器和串口" title="串口">串口線等,易于安裝和使用。內部RTC可以提供每條記錄的時間信息。
2.7 LED多屏顯示系統
LED多屏顯示系統廣泛應用于機場、車站和碼頭等場合。PUC3030A的高速處理功能和多達5個高速SPI接口,使得它特別適用于LED多屏顯示系統。傳統的LED顯示屏幕,基本上采用8051 8位處理器外加許多擴展芯片構成控制系統。下面以最常見的LED顯示屏產品為例,對采用PUC3030A的方案和采用51芯片加擴展芯片的方案作一對比,如表1所示。
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除了上述應用場合,PUC3030A還可以應用于其他許多領域,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用場合。
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參考文獻
1 Steve Furber， ARM System-on-chip Architecture.AddisonWesley， 2000
2 周 潔,楊心懷.32位RISC CPU ARM芯片的應用和選型.電子技術應用，2002；28(8)