ST首款以ARM9為基礎的通用快閃微控制器 催生新一代網路嵌入式應用
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2006-05-17 00:00
前言:
ST,全球領先的半導體製造商,推出一系列整合了乙太網路連接、一個ARM9E處理器核心、大量嵌入式SRAM與快閃記憶體的通用快閃微控制器。新的STR910F系列為內含ARM核心的快閃MCU設立了全新的價格/性能比及連接標準,為系統設計人員帶來更多商機,使其能將強大的嵌入式控制應用轉化為低成本的區域網路(LAN)或網際網路節點。
STR910F系列是特別為滿足高性能嵌入式控制應用日益成長的需求,以及實現乙太網路連接所設計。這些晶片是ST的STR7XX系列ARM7TDMI微控制器延伸版本。應用領域包含銷售點終端及週邊設備、販賣機、工控機及工廠自動化、串列協議網路閘道、大樓自動化、安全監控和手持式儀表等需要更高性能和網路功能的產品,此外,這些應用設備還需要容量更大的編程/資料快閃記憶體,特別是SRAM記憶體。
STR910F元件採用了較ARM7TDMI更具優勢的ARM966E-STM核心。ARM966E-STM CPU使用兩條獨立的內部匯流排來存取指令記憶體和資料記憶體,能夠同步進行程式碼和資料的存取作業。每個記憶體都透過一個高度最佳化的緊耦合介面(TCM)連接CPU,存取速度非常快。STR910F充分利用這種架構的優勢,在指令TCM介面上連接一個高速脈衝串式快閃記憶體,在資料TCM介面連接一個零延遲SRAM記憶體。這種設計能在96MHz(通用快閃記憶體ARM式微控制器的最高性能)下實現達96MIPS的最高程式碼執行速度,在CPU核心和SRAM之間的資料傳輸效率非常高。相較之下,ARM7TDMI CPU核心用一條匯流排存取指令記憶體和資料記憶體,因此無法同時存取這兩個記憶體。此外,ARM966E-STM核心支援單週期數位訊號處理(DSP)指令,使STR910F能夠同時滿足控制和訊號處理兩種要求,其優勢明顯高於採用分離式DSP和控制處理器的傳統解決方案。ARM966E-STM的所有優勢使STR910F系列元件成為內建快閃記憶體之32位元微控制器中的高階產品。
傳統上,ARM9E被用來設計無ROM的微處理器,這類處理器的記憶體管理單元(MMU)非常複雜,必須與內部快取記憶體和外部同步RAM配合使用,所有程式都必須在啟動階段從一個外部快閃記憶體載入記憶體。然而,STR910F無需傳統的快取記憶體和外部記憶體就可導入ARM9E核心的多項優勢,實現一個精巧的單晶片快閃記憶體微控制器。STR910F利用一個快取記憶體取代MMU,其支援的單記憶體模型非常適合即時作業系統(RTSO)。它採用一個含有預取佇列和分支快取記憶架構統的創新記憶體加速器,以便在從脈衝串快閃記憶體開始的非順序程式碼執行期間提高系統性能,且即時控制特色也優於傳統的快取記憶體。
STR910F內含大容量記憶體,可支援RTOS和TCP/IP協定堆疊,以及複雜的控制應用。其SRAM容量達96KB,是目前內建快閃記憶體的ARM通用微控制器市場上容量最大的SRAM,此一容量非常適合速度更快的串列通訊大資料封包緩衝應用。最特別的是,這個SRAM可透過一個電池或與電池輸入接腳相連的超大電容器進行安全保護;而針對STR910F篡改檢測輸入接腳所發送的訊號,其安全應用也可以自動刪除SRAM的內容。該元件的快閃記憶體容量達544KB,可設置成雙資料組的讀寫同步記憶體,以支援遠端更新韌體所需的‘應用中編程’以及EEPROM模擬。每個SRAM和快閃記憶體都適用於指令或資料記憶體。.
STR910F具備多條高速訊息通道,共有9條全功能直接記憶體存取(DMA)通道支援這些訊息通道,對CPU來說,這讓週邊設備與記憶體之間的資料傳輸幾乎是透明的,可減少CPU的沈重傳輸負載,使其執行整合性的即時控制任務。這些DMA控制器能夠讓先進高性能匯流排(AHB)和先進週邊設備匯流排(APB)上的週邊設備成為SRAM的主控制器,透過一個專為簡化資料流設計的仲裁器,這兩條匯流排上的所有週邊設備將與CPU共享對SRAM的存取權限。例如,在MAC(媒體存取控制器)和SRAM之間,乙太網路DMA控制器支援91 Mbps的原始乙太網路資料訊框傳輸速率,而CPU負載僅為10% 。
除乙太網路MAC外,STR910F微控制器還支援完整週邊。這些週邊介面包括USB全速、CAN、3個UART/IrDA、2個SPI、2個I2C、8路10位元類比數位轉換器、4個16位元定時器、1個三相AC電機控制單元、含有低壓重置和欠壓檢測功能的電源監控器、1個全功能即時時脈、1個外部記憶體介面、1個ETM9除錯追蹤介面和多達80個的5V額定電壓I/O接腳。
“STR910F整合了ST很多獨有的優勢,包括ST長期在通用和專用微控制器內整合ARM核心的技術驗,”ST微控制器產品部ARM9產品市場經理Mark Rootz表示,“ARM966E-S核心與業界容量最大的記憶體,結合內建的乙太網路、USB和CAN介面,使新系列的微控制器適合所有的嵌入式控制應用。”
憑借ST在功率管理技術的優勢,STR910F系列還展現出優異的節能和電壓監控性能。其功耗可動態調整,使CPU能夠隨時對系統及週邊設備的時脈訊號選通和縮放,以平衡性能要求和功耗水平,包括功耗僅為55μA的標準睡眠模式。當設備的主電源斷電或因為電源故障而斷電時,STR910F將自動切換到電池電源接腳,以保證即時時脈處於活動狀態。內建的即時時脈具有通常只有在外接即時時脈上才能見到的功能。該RTC具有標準的日曆和警告功能,透過篡改檢測輸入接腳為事件加入時間戳,在-40℃到+85℃的溫度範圍內電池耗電不到1μA。這些特色使STR910F成為電池供電之可攜式安全應用的理想選擇。
STR910F用戶現已能享受到ST和第三方公司提供的完整支援服務,Hi-Tex、IAR、Keil和Raisonance將提供199美元起價的入門級工具套件。開發工具套件包括編譯器及除錯器(限制程式碼大小)、一條JTAG除錯及編程電纜、程式碼範實例和展開設計所需的全部硬體。ST提供一款定價為249美元的評估板STR910-EVAL,以便用戶能反覆對STR910F的所有介面和輸入輸出接腳進行硬體模擬。ST免費提供採用通用硬體抽象層(HAL)函數庫的乙太網路、USB、CAN和其它的所有主要晶片功能的展示程式碼。為便於配置STR910F靈活的輸入輸出矩陣和時脈函數,ST免費提供一套配置及編程軟體CAPS,這套軟體工具可以透過圖形來選擇接腳功能和時脈分配。CAPS自動產生一個能夠反映所有接腳和時脈選擇的C語言報頭檔案,這種方法既節省時間又防止發生錯誤。CMX、Micrium、Segger、Keil和NexGen 軟體公司已開始提供對RTOS和TCP/IP的支援工具,未來還將增加更多的軟體工具。.
ST現已推出6款產品,均採用無鉛封裝。這些封裝分別為LQFP80、 LQFP128和 LQFP128,其中LQFP128版IC提供乙太網路媒體獨立介面(MII)和外部記憶體匯流排介面。SRAM容量從64KB到96KB,快閃記憶體容量從288KB到544KB。CPU核心工作電壓1.8V+/-10%,I/O電壓範圍2.7V到3.6V,工作溫度範圍-40℃到+85℃。
STR910F系列自2006年5月開始供貨,採購量為10,000件時每顆單價6.99美元(STR910FM32X6)。