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飞思卡尔MCU开发全攻略.pdf

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飞思卡尔MCU开发全攻略.pdf

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前言 前言 随着嵌入式智能产品的兴起,MCU 的应用呈现出爆发式增长态势,据 IC Insight 预计, 仅 2013 年,全球 MCU 的出货量就达到 191 亿颗!这个数量是手机处理器、平板处理和 PC 处理器总和的 9 倍!据预测到 2017 年,全球 MCU 出货量将达到惊人的 1000 亿颗!在全 球 MCU 市场上,虽然目前 4 位和 8 位依然是主体,但是以 ARM 架构为主导的 32 位 MCU 的增长呈现超高速发展,要知道,仅仅在 3 年前,ARM MCU 的出货才是 3.7 亿颗!而 2012 年就暴涨到 22 亿颗!今年更是暴涨到 45 亿颗!这样惊人的增长一方面带来了嵌入式智能 应用的普及,另一方面也给工程师的应用带来更多可能。 作为老牌的 MCU 厂商,飞思卡尔的 MCU 曾给开发者留下深刻印象,飞思卡尔不但有 自己架构的 32 位 MCU,也陆续推出了基于 ARM 架构的 32 位 MCU,并取得骄人的业绩, 如率先推出了全球首款 cortex-M0+ 内核架构的 MCU 以及目前全球最小的 ARM MCU(只 有 1.9mm*2mm 大小),飞思卡尔的 MCU 以能效 见长,目前飞思卡尔针对不同嵌 入式应 用已经推出了多达 650 款不同型号的 ARM MCU,让工程师在应用上总能找到适合自己的 MCU 方案。 在 MCU 的应用开发上,虽然很多 MCU 都是基于 ARM 架构,但是正如房地产商开发 的住宅楼一样,每个 MCU 都有自己的个性和特点,所以,工程师要熟悉每个器件的特性和 开发流程,《飞思卡尔 MCU 开发全攻略》是一本面向飞思卡尔 MCU 开发者的初级读物, 它以最基础的 MCU 基础知识 +MCU 开发技巧的形式让工程师快速上手飞思卡尔半导体 MCU 的开发,本书力求做到基础知识与实际开发相结合,我们在书中介绍了嵌入式系统的 基础知识,概述了 MCU 的发展历程以及 ARM 内核的基础知识,同时结合图文从开发环境 搭建、开发工具使用和开发流程方面对飞思卡尔 MCU 开发进行了详细的介绍,我们还以问 答形式把大家在飞思卡尔 MCU 开发中遇到的疑难点进行了总结,最后,我们精选了“飞思 卡尔 MCU 创意大奖赛”上的精彩案例,对这些案例进行了详细介绍,通过这些案例,开发 2 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 前言 者可以深刻理解飞思卡尔 MCU 的优势,同时知晓如何把自己的创意通过飞思卡尔的 MCU 来实现。 在本书的开发过程中,飞思卡尔半导体、中电器材以及电子创新网相关人员对本书的内 容编写给予了大力支持,在此特别感谢飞思卡尔以及中电器材相关领导和工作人员。 科技在不断进步,工程师对知识的渴求是无止境的,本书对飞思卡尔 MCU 应用开发 进 行了 粗 浅 地 探 讨,难 免存 在 疏 漏 之 处,我 们 愿 意 收 集 来自工 程师朋 友 的改议 以便 提 供 更 好的内容,任何有关该书的建议见请发信到 marketing@ceacsz.com.cn 谢谢大家的支持 ! 中国电子器材深圳有限公司 产品市场总经理 曾雪峰 2013 年 12 月 3 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 目录 目录 前 言 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2 目 录 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4 第一章 微控制器结构分析和未来发展 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8 1.1 什么是哈佛结构和冯 . 诺伊曼结构 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8 1.2 微控制器的发展历程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9 1.3 微控制器的应用领域 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11 1.4 微控制器的组成 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13 1.5 微控制器内核体系结构 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••15 1.5.1 ARM 内核的特点 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16 1.5.2 ARM 内核系列 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17 1.5.3 几款典型 ARM MCU 内核介绍 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19 第二章 飞思卡尔 MCU 架构 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34 2.1 飞思卡尔 8 位 MCU 架构 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34 2.1.1 HC08 架构 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34 2.1.2 RS08 架构 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34 2.1.3 S08 架构 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••34 2.2 飞思卡尔 16 位单片机 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35 2.2.1 S12 MagniV 混合信号 MCU•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35 2.2.2 HCS12 & S12X 架构 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35 2.2.3 DSC 数字信号控制器 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35 2.2.4 16 位 MCU 发展 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36 2.3 飞思卡尔 32 位 MCU••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37 2.3.1 ARM Cortex-M4 架构 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••37 2.3.2 ARM Cortex-M0+ 架构 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39 2.4 飞思卡尔 i.MX 多媒体应用处理器 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••40 2.4.1 强大的多媒体功能 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••41 2.4.2 高级 HMI•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41 4 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 目录 2.4.3 能效 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••41 2.4.4 可靠性,安全性和加密 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••42 2.4.5 智能集成 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••42 第三章 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••47 3.1 基于 Kinetis K60 MCU •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••47 3.1.1 Find the MCU•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••47 3.1.2 快速查找你需要的资料(基于 K60)•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••47 3.1.3 查找你要的资料和手册 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••48 3.1.4 选取 Freescale MCU 开发工具 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••49 3.1.5 调试工具的支持 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••53 3.1.6 开发板的选择 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••53 3.1.7 开发资料的支持 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••54 3.1.8 开发社区的支持 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••55 3.2 基于 Kinetis KL25 MCU •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••55 3.2.1 Find the MCU•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 55 3.2.2 快速查找你需要的资料(基于 KL25)•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••55 3.2.3 查找你要的资料和手册 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••56 3.2.4 选取 Freescale MCU 开发工具 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••56 3.2.5 调试工具的支持 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••60 3.2.6 开发板的选择 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••60 3.2.7 开发资料的支持 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••61 3.2.8 开发社区的支持 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••61 第四章 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••62 4.1 CFKUEVK-K60N512 核心板 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••62 4.1.1 概述 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••62 4.1.2 硬件介绍 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••62 4.1.3 跳线配置 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••65 4.1.4 接口板外设管脚分配 .••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••65 4.1.5 金手指接口管脚分配 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 68 5 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 目录 4.2 CFKUEVK-BASE 接口板 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••72 4.2.1 概述 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••72 4.2.2 硬件介绍 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••73 4.2.3 跳线配置 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••80 4.3 KL25EVK 评估板 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••81 4.3.1 概述 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••81 4.3.2 KL25EVK 主 MCU 介绍 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••84 4.3.3 硬件介绍 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••85 4.3.4 软件烧录 .•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••87 4.3.5 程序烧录 .•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••88 第五章 飞思卡尔 MUC 大奖赛获奖作品 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••91 5.1 基于 KL25 的超低功耗运动手表 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••91 5.2 基于 K60 的新无线无源膀胱刺激器 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••92 5.3 基于 KL25 系列的可燃气体探测器 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••93 5.4 基于 K60 移动载具参数检测系统 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••94 5.5 基于 K60 的电能质量分析仪 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••95 5.6 基于 K60 的物联网数据采集器 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••96 5.7 基于 KL25 的低功耗便携式心电图仪 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••97 5.8 基于 KL25 的 MP3 英语学习宝 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••98 5.9 基于 KL25 系列的 PLC 载波路由器 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••99 5.10 基于 KL25 系列自动阀门控制器 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••100 5.11 基于 K60 的直放站监控板 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••101 5.12 基于 KL25 的智能农场 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••102 5.13 基于 K60 的 GPS 定位设备 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••103 5.14 基于 K60 居家养老智能控制系统 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••104 5.15 基于 KL25 系列的智能压力变送器 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••105 5.16 基于 K60 系列便携式文件浏览器 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••106 5.17 基于 KL25 的地震检波器实时 MCU 处理及显示系统器 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••107 5.18 基于 K60 的图形调试电机系统 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••108 6 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 目录 5.19 基于 KL25 的便携式气象仪 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••109 5.20 基于 K60 的 webserver 图像监控系统 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••110 5.21 基于 KL25 的太阳能蓝牙触摸键盘 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••111 第六章 飞思卡尔 MCU 开发百问 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••112 第七章 开发板销售信息 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••131 第八章 飞思卡尔 MCU 设计开发资源大全 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••132 第九章 版权声明 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••133 7 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 第一章 微控制器结构分析和未来发展 微控制器 (Microcontroller) 是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微 型计算机,微控制器诞生于 20 世纪 70 年代中期,经过 20 多年的发展,其成本越来越低, 而集成度和性能越来越高,这使其应用已经无处不在,遍及我们生活的方方面面,例如电机 控制、条码阅读器 / 扫描器、消费电子、游戏设备、电话、楼宇安全与门禁控制、工业控制 与自动化和白色家电 ( 洗衣机、微波炉 )、玩具、机器人等等。 微控制器可从不同方面进行分类:根据数据总线宽度可分为 8 位、16 位和 32 位; 根据存储器结构可分为哈佛结构 (Harvard) 和冯 . 诺伊曼 (Von Neumann) 结构 ; 根据内 嵌程序存储器的类别可分为 OTP、掩膜、EPROM/EEPROM 和闪存 Flash; 根据指令结构 又 可 分 为 CISC(Complex Instruction Set Computer) 和 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 微控制器。 微控制器又称为单片机,因为它将微型计算机的主要组成 CPU、存储器和输入输出单 元都集成在了一个单芯片上,故称单片机。微控制器一般以某个微处理器内核为核心,芯片 内部集成了存储器、总线、定时器、看门狗、I/O、A/D D/A、LCD 驱动、电源管理以及各 类接口等功能模块,为适应嵌入式应用,一般微控制器会衍生出多个型号,以便让它和应用 最大程度匹配,所以微控制器的种类非常繁多,据不完全统计,全球目前单片机种类已经超 过 5000 种。而飞思卡尔一家公司就有超过 500 种型号的 MCU 产品。 1.1 什么是哈佛结构和冯 . 诺伊曼结构 哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构,中央处理器首先到程 序指令存 储器中读取程序指令内容,解码后得到数据地址,再到相应的数据存储器中读取 数据,并进行下一 步的操作 ( 通常是执行 )。程序指令存储和数据存储分开,可以使指令和 数据有不同的数据宽度,如 Microchip 公司的 PIC16 芯片的程序指令是 14 位宽度,而数 据是 8 位宽度。 8 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 图 1-1 哈佛结构示意图 微控制器结构分析和未来发展 冯·诺依曼(Von Neumann)结构,也称普林斯顿结构,是一种将程序指令存储器和 数据存储器并在一起的存储器结构。冯·诺依曼结构的计算机其程序和数据公用一个存储空间, 程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置;采用单一的地址及数 据总线,程序指令和数据的宽度相同。处理器执行指令时,先从储存器中取出指令解码,再 取操作数执行运算,即使单条指令也要耗费几个甚至几十个周期,在高速运算时,在传输通 道上会出现瓶颈效应。 目前使用冯·诺依曼结构的 CPU 和微控制器有很多。其中包括英特尔公司的 8086 及其 他 CPU ,ARM 公司的 ARM7、MIPS 公司的 MIPS 处理器也采用了冯·诺依曼结构。 图 1-2 示意图 1.2 微控制器的发展历程 微控制器就是单片机,所以微控制器的发展历史就是单片机的发展历史,单片机最早 被用在工业控制领域。最初的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中, 使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。Zilog 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 Intel 的 8031,因为简单可靠而性 能不错获得了好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基于这一系统的单 片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制需求提高,开始出现了 16 位单片机,但因 为性价比不理想并未得到很广泛的应用。 90 年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大的提高。随着 Intel i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用,32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位, 并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高,集成度大大提升,其处 理能力比最初的产品提高了数百倍。目前, 高端的 32 位单片机主频已经超过 1GHz,性能 9 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 可以和 PC 处理器媲美,一些公司还推出了 0.3 美元价格的 32 位 MCU,其性价比得到极大 提升。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被 广泛应用在全系列的单片机上。 图 1-3 最早的微控制器 Zilog 公司的 Z80 纵观单片机的发展历史,可以看到单片机经历了 SCM、MCU、SoC 三大阶段。 第一阶段:SCM 即单片微型计算机 (Single Chip Microcomputer) 阶段,主要是寻求 最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构,在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel 公 司功不可没。 第二阶段:MCU 即微控制器 (Micro Controller Unit) 阶段,主要的技术发展方向是 : 不断扩展满足嵌入式应用中对象系统要求的各种外围电路与接口电路,凸显其对象的智能化 控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展 MCU 的重任不可避免地落在电气、 电子技术厂家身上。从这一角度来看,Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。在发 展 MCU 方面,最著名的厂家当数摩托罗拉、Atmel、Philips 公司。 第三阶段:随着微电子技术、IC 设计、EDA 工具的发展,基于 SoC 的单片机应用系 统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸 到单片应用系统。 从工艺角度对单片机的发展进行概括,基本发展历程如下 : 第一代 : 七十年代后期,4 位逻辑控制器件发展到 8 位。使用 NMOS 工艺 ( 速度低, 功耗大、集成度 低 )。代表产品 :MC6800、Intel 8048 等。 第二代 : 八十年代初,采用 CMOS 工艺,并逐渐被高速低功耗的 HMOS 工艺代替。 代表产品 : MC146805、Intel 8051 等。 第三代 : 近十年来,MCU 的发展出现了许多新特点 : 10 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 * 在技术上,由可扩展总线型向纯单片型发展,即只能工作在单片方式 ; * MCU 的扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线 ; * 将多个 CPU 集成到一个 MCU 中 ; * 在降低功耗,提高可靠性方面,MCU 工作电压已降至 0.9V。 第四代:FLASH 的使用使 MCU 技术进入了第四代。 1.3 微控制器的应用领域 目前微控制器渗透到我们生活的各个领域,导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制, 计算机的 网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种 智能 IC 卡,民用轿车的安全保障系统,录像机=、摄像机、全自动洗衣机的控制以及程控 玩具、电子宠物等等,这些都离不开微控制器,更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、 医疗器械了。随着物联网的兴起,微控制器的应用呈现爆发趋势,据预测,近 2013 年,全 球 MCU 的出货量就达到 192 颗的规模。 微控制器的应用大致可分如下几个范畴 : 1. 在智能仪器仪表上的应用  微控制器具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点, 广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿 度、 温 度、流量、速 度、厚度、 角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用微控制 器控制使得仪器仪表数字化、智能化、微 型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。 例如精密的测量设备 ( 功率计,示波器各种分析仪 )。 2. 在工业控制中的应用 用微控制器可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化 管理,电梯 智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。 3. 在家用电器中的应用 可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了微控制器控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、 空调机、电视机到其他音响视频器材,可谓五花八门,无所不在。 11 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 目前,大量微控制器还应用于各类电子宠物、智能玩具和玩具机器人,这些微控制器 的应用提升了电子 产品的智能级别,使电子产品可以和人产生互动。 4. 在计算机网络和通信领域中的应用 现代微控制器普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机 网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了微控制器 智能控制,从电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常 工作中随处可见的移动电话, 集群移动通信,无线电对讲机等。最新的苹果 iphone5s 的协 处理器 M5 其实就是一颗 MCU,它的应用可以将 MCU 推向智能终端。 图 1-4 据分析苹果 M7 是一款 32 位 MCU 5. 微控制器在医用设备领域中的应用 微控制器在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机、各种分析仪、监护仪、 超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6. 在各种大型电器中的模块化应用 某些专用微控制器设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不 要求使用人员了解其内部结构。在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了 电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。 此外,微控制器在工商、金融、科研、教育、国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 目前微控制器实用数量呈现指数上升趋势。 1.4 微控制器的组成 微控制器的构成和计算机系统很相似,基本由五大部分组成,分别是 CPU 系统、程序 12 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 存储器、数据存储器、各种 I/O 端口、基本功能单元 ( 定时器 / 计数器等 ) 等。 1. CPU 系统 CPU 系统包括有 CPU、时钟系统、复位、总线 (BUS,即信号的公共通道 ) 控制逻辑。 * CPU:单片机中的 CPU 与微型计算机中的 CPU 有所不同,它的特点是,面向控制、 面向嵌入系统、面向单芯片化。 * 时钟系统 : 时钟系统用于产生单片机工作所需的时钟信号。它必须满足 CPU 及单片 机内各单元电路对时钟的要求。 * 复位电路 : 复位电路应满足上电复位、信号控制复位的要求。 * 总线控制逻辑 : 总线控制逻辑应满足 CPU 对内部总线和外部总线的控制要求。 2. 程序存储器 程序存储器是一种只读存储器 ROM(Read Only Memory),用它来固化单片机的应用 程序和一些表格常数。单片机生产厂家按单片机内部程序存储器的不同结构,形成单片机的 不同结构类型,计有 : (1)Mask ROM 型 (2)EPROM 型 (3)ROM less 型 (4)OTP ROM (5)Flash ROM(MTP ROM) 型,前三种程序存储器的单片机是早期的产品,目前 EPROM、ROM Less 型已较少 使用。 3. 数据存储器 RAM RAM 是一种可读写的存储器,也叫随机存储器。单片机内部的 RAM 除了作为工作寄 存器、位标志和堆栈区以外的单元都可以作为数据缓冲器使用,存放输入的数据或运算的结 果。由于单片机主要是面向测控系统,所以单片机内部的数据存储器容量较小,而且都使用 静态随机存储器 SRAM(Static Random Access Memory)。 4. 各种 I/O 端口 I/O 端口是计算机的输入、输出接口。这些 I/O 端口可分为以下几种类型 : * 总线输入 / 输出端口 * 用户 I/O 端口。由用户用于外部电路的输入 / 输出控制 * 单片机内部功能的输入 / 输出端口。例如,定时器 / 计数器的计数输入、外部中断源 13 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 输入等。为减少单片机引脚数量,一般 I/O 口都有复式功能。例如不使用外部总线时,总线 端口可出让给用户做输入 / 输出端口用。 从 I/O 口的结构上还可以分为并行 I/O 口,即多位数据一起输出或输入,这种形式传 送数据速度快但使用的引脚多。另—种 I/O 口称为串行 I/O 口,即传送数据是顺序输出或输 入,这种形式可大大减少 I/ O 口的引脚数,但传送数据较慢。 5. 基本功能单元 基本功能单元是为满足单片机测控功能而设置的一些电路,是用来完善和扩大计算机 功能的一些 基本电路,如定时器 / 计数器,中断系统等。定时器 / 计数器在实际应用中作用 非常大,如精确的定时,或者对外部事件进行计数等。这是飞思卡尔 KL25 MCU 方框图。 图 1-5 飞思卡尔 KL25 单片机结构框图 可见现在 MCU 要复杂的多,以 KL25 为例,它基于 ARM® Cortex ™ -M0+ 内核, 为多低功率运行模式,在存储器方面,采用 90nm TFS 闪存,内部存储器安全保护,模拟外 设有 16 位 ADC,12 位 DAC,高速比较器,低功率触摸传感界面等, 14 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 串行接口有 SPI,I2C,UART,LPUART 等,计时器有 RTC,低功率 TPMs,低功率计时器, 系统计时器等等。飞思卡尔有多个系列 MCU,这是 Kinetis 系列的分类。在后面的章节我 们会详细介绍飞思卡尔 MCU。 图 1-6 飞思卡尔 MCU 分类 1.5 微控制器内核体系结构 体系结构是指从程序员的角度观察到的处理器组织方式,所以也称为处理器的构成模 型,其主要 内容为处理器的寄存器组织、对存储器的寻址方式、指令系统等,微控制器自 诞生发展到现今,其内 核体系在众多 MCU 供应商的推动下呈现多样化的发展势态,目前 我们比较熟悉的内核有 8051 内核、TI 16 位 RISC 混合信号处理器 ( 代表产品为 MSP430 产 品 系 列 )、 瑞萨公 司的 CISC 微控制 器 ( 代表 产品为 “RX”系列 MCU)、飞 思卡 尔 的 ColdFire 内核 ( 代表为其 ColdFire 系列 MCU)、NEC 的 V850 内核 ( 代表 为 NECV850 系 列 MCU)、MIPS 内核、ARM 内核 ( 代表为大量基于 ARM 架构的 32 位微控制器 ),由于目 前基于 32 位 ARM 内核的微控制器出货增长非常快,数据显示 2013 年 ARM MCU 出货将 达到 45 亿,所以我们对 ARM 架构 MCU 稍作介绍。 ARM 内核介绍 : ARM(advanced RISC Machines),是英国著名的 IP 处理器公司,它既可以认为是 一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理 器的通称,还可以认为是一种技术的名字。 1991 年 ARM 公司成立于英国剑桥,最初公司准备开发计算机芯片 ,最后 ,转型为出售芯 片设计技术的授 权 ( I P ) 。目 前 ,采用 A R M 技术知识 产权 ( I P ) 核的微处理器和微控 制器,即通常所说的 ARM 微处理器已广泛应用于工业控制、消费电子产品、通信系统、网 15 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 络系统、无线系统等各个领域,在很多半导体厂商采用 ARM7、ARM9 内核开发微控制器后, ARM 公司还开发了专门 针对 MCU 的内核 Cortex-M 系列,这个系列的内核一经推出就受到厂商的关注,很多 公司推出了基于 Cortex-M3 内核的微控制器,后来 ARM 又推出了更低功耗 Cortex-M0、 Cortex-M0+ 以及带 DSP 处理的 Cortex-M4 内核。 1.5.1 ARM 内核的特点 ARM 内核采用精简指令集结构(RISC,Reduced Instruction Set Computer)体系 结构。RISC 技术产生于上世纪 70 年代。其目标是设计出一套能在高时钟频率下单周期执行、 简单而有效的指令集,RISC 的设计重点在于降低硬件执行指令的复杂度,这是因为软件比 硬件容易提供更大的灵活性和更高的智能。与其相对的传统复杂指令级计算机(CISC)则 更侧重于硬件执行指令的功能性,使 CISC 指令变得更复杂。 RISC 架构主要有以下特性: * Load/Store 体系结构。 Load/Store 体系结构也称为寄存器 / 寄存器体系结构或者 RR 系统结构。在这类机器中, 操作数和运算结果不是通过主存储器直接取回而是借用大量标量和矢量寄存器来取回的。与 RR 体系结构相反,还有一种存储器 / 存储器体系结构,在这种体系结构中,源操作数的中 间值和最后的运算结果是直接从主存储器中取回的。这类机器的缩写符号是 SS 体系结构。 * 固定长度指令。 固定长度指令使得机器译码变得比较容易。由于指令简单,需要更多的指令来完成相 同的工作,但是随着存储器存取速度的提高,处理器可以更快地执行较大代码段(即大量指 令)。 * 硬联控制。 RISC 机以硬联控制指令为特点,而 CISC 的微代码指令则相反。使用 CISC(常常是可 变长度的)指令集时处理器的语义效率最大,而简单指令往往容易被机器翻译。像 CISC 那 样通过执行较少指令来完成工作未必省时,因为还要包括微代码译码所需要的时间。因此, 16 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 由硬件实现指令在执行时间方面提供了更好的平衡。除此之外,还节省了芯片上用于存储微 代码的空间并且消除了翻译微代码所需的时间。 * 流水线。 指令的处理过程被拆分为几个更小的、能够被流水线并行执行的单元。在理想情况下, 流水线每周期前进一步,可获得更高的吞吐率。 * 寄存器。 RICS 处理器拥有更多的通用寄存器,每个寄存器都可存放数据或地址。寄存器可为所 有的数据操作提供快速的局部存储访问。 ARM 处理器为 RISC 架构芯片,其简单的结构使 ARM 内核非常小,这使得器件的功 耗也非常低。 图 1-7 用思维导图的形式介绍了 ARM 内核的特点 图 1-7 ARM 内核的特点 1.5.2 ARM 内核系列 ARM 架构自诞生至今,已经发生了很大的演变,至今已定义了 7 种不同的版本: V1 架构:该架构只在原型机 ARM1 出现过,其基本性能包括基本的数据处理指令(无 乘法)、字节、半字和字的 Load/Store 指令、转移指令,包括子程序调用及链接指令、软 17 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 件中断指令、寻址空间 64MB。 V2 架构:该架构对 V1 版进行了扩展,如 ARM2 与 ARM3(V2a 版 ) 架构,增加的功 能包括乘法和乘加指令、支持协处理器操作指令、快速中断模式、SWP/SWPB 的最基本存 储器与寄存器交换指令、寻址空间 64MB。 V3 架构:该版对 ARM 体系结构作了较大的改动,把寻址空间增至 32 位 (4GB),增 加了当前程序状态寄存器 CPSR 和程序状态保存寄存器 SPSR 以便于异常处理。增加了中止 和未定义 2 种处理器模式。ARM6 就采用该版结构。指令集变化包括增加了 MRS/MSR 指令, 以访问新增的 CPSR /SPSR 寄存器、增加了从异常处理返回的指令功能。 V4 架构:V4 版结构是目前最广泛应用的 ARM 体系结构,对 V3 版架构进行了进一步 扩充,有的还引进了 16 位的 Thumb 指令集,使 ARM 使用更加灵活。ARM7、ARM9 和 StrongARM 都采用了该版结构。其指令集中增加的功能包括符号化和非符号化半字及符号 化字节的存 / 取指令、增加了 16 位 Thumb 指令集、完善了软件中断 SWI 指令的功能、处 理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作、把一些未使用的指令空间捕捉为未定义 指令。 V5 架构:在 V4 版基础上增加了一些新的指令。ARM10 和 XScale 都采用该版架构。 这些新增指令有带有链接和交换的转移 BLX 指令、计数前导零计数 CLZ 指令、BRK 中断指令、 增加了信号处理指令(V5TE 版)、为协处理器增加更多可选择的指令。 V6 架构:ARM 体系架构 V6 是 2001 年发布的。基本特点包括 100% 与以前的体系兼容、 SIMD 媒体扩展,使媒体处理速度快 1.75 倍、改进了的内存管理,使系统性能提高 30%、 改进了的混合端 (Endian) 与不对齐数据支持,使得小端系统支持大端数据(如 TCP/IP), 许多 RTOS 是小端的、为实时系统改进了中断响应时间,将最坏情况下的 35 周期改进到了 11 个周期。 V7 架构 :ARM 体系架构 V7 是 2005 年发布的。它使用了能够带来更高性能、功耗效 率和代码密度的 Thumb-2 技术。它首次采用了强大的信号处理扩展集,对 H.264 和 MP3 等媒体编解码提供加速。Cortex-M3 处理器采用的就是 V7 版的结构。 表 1-1 列出了 ARM 微处理器核心以及体系结构: ARM 核心 ARM1 ARM2 体系结构 V1 V2 18 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com ARM 核心 ARM2As,ARM3 ARM6,ARM600,ARM610,ARM7,ARM700,ARM710 StrongARM,ARM8,ARM810 ARM7TDMI,ARM710T,ARM720T,ARM740T,ARM9T DMI,ARM920T,ARM940T ARM9E-S,ARM10TDMI,ARM1020E ARM1136J(F)-S,ARM1176JZ(F)-S,ARM11,MPCore ARM1156T2(F)-S ARM Cortex-M,ARMCortex-R,ARMCortex-A 微控制器结构分析和未来发展 体系结构 V2a V3 V4 V5T V5TE V6 V6T2 V7 ARMv7 架 构 有 Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M 三 个 系 列, ARMv7 架 构 是 在 ARMv6 架构的基础上诞生的。该架构采用了 Thumb-2 技术,Thumb-2 技术是在 ARM 的 Thumb 代码压缩技术的基础上发展起来的,并且保持了对现存 ARM 解决方案的完整的代 码兼容性。Thumb-2 技术比纯 32 位代码少使用 31%的内存,减小了系统开销。同时能够 提供比已有的基于 Thumb 技术的解决方案高出 38%的性能。ARMv7 架构还采用了 NEON 技术,将 DSP 和媒体处理能力提高了近 4 倍,并支持改良的浮点运算,满足下一代 3D 图形、 游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。此外,ARMv7 还支持改良的运行环境,以 迎合不断增加的 JIT(Just In Time) 和 DAC(DynamicAdaptive Compilation) 技术的使用。 另外,ARMv7 架构对于早期的 ARM 处理器软件也提供很好的兼容性。 1.5.3 几款典型 ARM MCU 内核介绍 1. ARM Cortex-M0+ 处理器 2012 年 12 月,ARM 公司再次发布了号称能效极高的 ARM Cortex ™ -M0+ 处理器。 它以极为成功的 Cortex-M0 处理器为基础,保留了全部指令集和数据兼容性,同时进一步 降低了能耗,提高了性能。它与 Cortex-M0 处理器一样,芯片面积很小,功耗极低,并且 所需的代码量极少,这就使得开发人员可以直接跳过 16 位系统,以接近 8 位系统的成本开 销获取 32 位系统的性能。Cortex-M0 处理器提供了丰富选项用于进行灵活开发。 随着智能化的深入,MCU 已经越来越多地深入到我们的生活,未来的生活中,我们每 人身边可能要接触十几种 MCU 产品,所以 MCU 市场的潜力非常巨大,同时也会利用成熟 19 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 工艺提高集成度,也有可能和传感器融合,形成模块化 MCU 产品。总之,MCU 市场前景广阔。 图 1-8 ARM Cortex-M0+ 处理器结构框图 由于具有一种优化的架构,而该架构具有一个仅有两级的流水线,Cortex-M0+ 可达 到仅 11.2uW/MHz 的功耗(90LP 工艺,最低配置),同时将性能提升至 1.77 CoreMark/ MHz。 Cortex-M0+ 处理器保留了 Cortex-M0 处理器的 56 个指令,从而使开发变得简单而 快速。Thumb® 指令集提供了无法匹敌的代码密度,同时提供了 32 位计算性能。这些功 能的组合使得 Cortex-M0+ 能够顺理成章地在很广大的应用领域里成为 8/16 位系统经济实 用的升级换代产品,同时它还保留了与更强大的 Cortex-M3 和 Cortex-M4 处理器的工具 和二进制向上兼容性。 表 1-2 ARM Cortex-M0+ 处理器性能指标 来源:ARM 官网 ARM Cortex-M0+ 功能 ISA 支持 流水线 性能效率 内存保护 中断 Thumb® / Thumb-2 子集 2级 1.77 CoreMark/MHz - 0.93 DMIPS/MHz(RVCT 5.0.90 编译器) 带有子区域和后台区域的可选 8 区域 MPU 不可屏蔽的中断 (NMI) + 1 到 32 个物理中断 20 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 睡眠模式 集成的 WFI 和 WFE 指令和“Sleep On Exit”功能 睡眠和深度睡眠信睡眠和深度睡眠信号 带 ARM 电源管理工具包支持的可选 Retention 模式 位操作 增强的指令 调试 Trace 可以使用 Cortex-M 系统设计工具包来实现位段区 硬件单周期 (32x32) 乘法选项 可选的 JTAG 和 Serial-Wire 调试端口,最多 4 个断点和 2 个观察点 可选的 Micro Trace Buffer 动态功耗 ARM Cortex-M0+ 实现数据 * 180ULL(7 轨,通常 90LP(7 轨, 通 常 为 1.2v, 40G(9 轨,通常为 0.9v, 为 1.8v,25C) 25C) 25C) 52 µW/MHz 11 µW/MHz (9µA/MHz) 3 µW/MHz Floorplan 面积 0.13 mm2 0.04 mm2 * 基本可用配置包括 1 IRQ + NMI,不包括调试 >0.01 mm2 2. ARM Cortex-M4 处理器 ARM Cortex ™ -M4 处理器是由 ARM 专门开发的最新嵌入式处理器,用以满足需要 有效且易于使用的控制和信号处理功能混合的数字信号控制市场。 高效的信号处理功能与 Cortex-M 处理器系列的低功耗、低成本和易于使用的优点的 组合,旨在满足专门面向电动机控制、汽车、电源管理、嵌入式音频和工业自动化市场的新 兴类别的灵活解决方案。 Cortex-M4 处理器已设计为具有适用于数字信号控制市场的多种高效信号处理功能。 Cortex-M4 处理器采用扩展的单周期乘法累加 (MAC) 指令、优化的 SIMD 运算、饱和运算 指令和一个可选的单精度浮点单元 (FPU)。这些功能以表现 ARM Cortex-M 系列处理器特 征的创新技术为基础。 21 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 图 1-9 ARM Cortex ™ -M4 处理器结构框图 表 1-3 ARM Cortex ™ -M4 处理器性能指标 来源:ARM 官网 ARM Cortex-M4 功能 ISA 支持 Thumb® / Thumb-2 单周期 16、32 位 MAC DSP 扩展 单周期双 16 位 MAC 浮点单元 8、16 位 SIMD 运算 / 硬件除法(2-12 个周期) 单精度浮点单元 符合 IEEE 754 管道 3 阶段 + 分支预测 性能效率 2.19 CoreMark/MHz - 1.25 DMIPS/MHz 内存保护 带有子区域和后台区域的可选 8 区域 MPU 中断 不可屏蔽的中断 (NMI) + 1 到 240 个物理中断 中断优先级 8 到 256 个优先级 唤醒中断控制器 最多 240 个唤醒中断 睡眠模式 集成的 WFI 和 WFE 指令和“退出时睡眠”功能。 睡眠和深度睡眠信号。 随 ARM 电源管理工具包提供的可选保留模式 位操作 调试 跟踪 集成的指令和位段 可选 JTAG 和串行线调试端口。最多 8 个断点和 4 个 检测点。 可选指令跟踪 (ETM)、数据跟踪 (DWT) 和测量跟踪 (ITM) 22 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 动态功耗 RM Cortex-M4 实现数据 * (7 180ULL 轨,通常为 1.8v,25C) (7 157 µW/MHz 90LP 40G 轨, 通 常 为 1.2v, (9 轨,通常为 0.9v, 25C) 25C) 33 µW/MHz 8 µW/MHz 平面规划面积 0.56 mm2 0.17 mm2 0.04 mm2 * 基本可用配置包括 DSP 扩展、1 IRQ + NMI,不包括 ETM、MPU、FPU 和调试 3. ARM Cortex-M3 处理器内核介绍 ARM Cortex ™ -M3 处理器是行业领先的 32 位处理器,于 2004 年推出,适用于具 有较高确定性的实时应用,它经过专门开发,可使合作伙伴针对广泛的设备(包括微控制 器、汽车车身系统、工业控制系统以及无线网络和传感器)开发高性能低成本平台。此处理 器具有出色的计算性能以及对事件的优异系统响应能力,同时可应实际中对低动态和静态功 率需求的挑战。此处理器配置十分灵活,从而支持广泛的实现形式(从需要内存保护和强大 trace 技术的实现形式,直至需要极小面积的成本敏感型设备)。 图 1-10 ARM Cortex ™ -M3 处理器结构框图 23 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 表 1-4 ARM Cortex ™ -M3 处理器性能指标 来源:ARM 官网 ARM Cortex-M3 功能 ISA 支持 Thumb / Thumb-2 管道 3 阶段 性能效率 内存保护 中断 中断优先级 唤醒中断控制器 2.17 CoreMark/MHz - 1.25 DMIPS/MHz 带有子区域和后台区域的可选 8 区域 MPU 不可屏蔽的中断 (NMI) + 1 到 240 个物理中断 8 到 256 个优先级 最多 240 个唤醒中断 集成的 WFI 和 WFE 指令和“退出时睡眠”功能。 睡眠模式 睡眠和深度睡眠信号。 随 ARM 电源管理工具包提供的可选保留模式 位操作 增强的指令 调试 集成的指令和位段 硬件除法(2-12 个周期)和单周期 (32x32) 乘法、饱和数学 支持。 可选 JTAG 和串行线调试端口。最多 8 个断点和 4 个检测点。 跟踪 可选指令跟踪 (ETM)、数据跟踪 (DWT) 和测量跟踪 (ITM) ARM Cortex-M3 实现数据 * 180ULL(7 轨, 通 90LP(7 轨,通常为 1.2v, 40G(9 轨, 通 常 为 0.9v, 常为 1.8v,25C) 25C 25C) 动态功耗 149 µW/MHz 32 µW/MHz 7 µW/MHz 平面规划面积 0.43 mm2 0.12 mm2 0.03 mm2 4. ARM Cortex-M0 内核介绍 ARM Cortex-M0 处理器于 2009 年推出,号称是当时市场上现有的最小、能耗最低、 最节能的 ARM 处理器。该处理能耗非常低、门数量少、代码占用空间小,使得 MCU 开发 人员能够以 8 位处理器的价位,获得 32 位处理器的性能。超低门数还使其能够用于模拟信 号设备和混合信号设备及 MCU 应用中,可望明显节约系统成本。 24 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 图 1-11 ARM Cortex-M0 处理器结构框图 ARM 凭借其作为低能耗技术的领导者和创建超低能耗设备的主要推动者的丰富专业技 术,使得 Cortex-M0 处理器在不到 12K 门的面积内能耗仅有 85 微瓦 /MHz(0.085 毫瓦 )。 该处理器把 ARM 的 MCU 路线图扩展到超低能耗 MCU 和 SoC 应用中,如医疗器械、电子 测量、照明、智能控制、游戏装置、紧凑型电源、电源和马达控制、精密模拟系统和 IEEE 802.15.4(ZigBee) 及 Z-Wave 系统。Cortex-M0 处理器还适合拥有诸如智能传感器和调节 器的可编程混合信号市场,这些应用在传统上一直要求使用独立的模拟设备和数字设备。 表 1-5 ARM Cortex-M0 处理器性能指标 来源:ARM 官网 ARM Cortex-M0 功能 ISA 支持 管道 性能效率 中断 Thumb® / Thumb-2 子集 3 阶段 1.62 CoreMark/MHz - 0.84 DMIPS/MHz(RVCT 5.0.90 编译器) 不可屏蔽的中断 (NMI) + 1 到 32 个物理中断 25 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 睡眠模式 位操作 增强的指令 调试 集成的 WFI 和 WFE 指令和“退出时睡眠”功能。 睡眠和深度睡眠信号 随 ARM 电源管理工具包提供的可选保留模式 可以使用 Cortex-M 系统设计工具包来实现位段区 硬件单周期 (32x32) 乘法选项 可选 JTAG 和串行线调试端口。最多 4 个断点和 2 个观察点 ARM Cortex-M0 实现数据 * 动态功耗 180ULL (7 轨,通常为 25C) 1.8v,(7 90LP 轨,通常为 1.2v,25C) 40G (9 轨,通常为 0.9v,25C) 73µW/MHz 16µW/MHz 4µW/MHz 平面规划面积 0.13 mm2 0.04 mm2 >0.01 mm2 * 基本可用配置包括 1 IRQ + NMI,不包括调试 5. ARM Cortex-A 系列处理器介绍 ARM Cortex-A 系列处理器适用于具有高性能计算要求、丰富操作系统以及提供交 互媒体和图形的应用领域,应用范围从超低成本手机、智能手机、移动计算平台、数字电 视和机顶盒到企业网络、打印机和服务器解决方案。其中 V7 架构的 Cortex-A 系列处理 器 包 括 Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9 、Cortex-A12、 Cortex-A15 处 理 器 等, 它 们 支 持 ARM、Thumb-2、Thumb 指 令 集, 支 持 Java 加 速 扩 展 的 Jazelle 技术、ThustZone 的安全扩展以及针对浮点 FPU 的 VFP 硬件扩展和并行多数据的 SIMD 的 NEON 多 媒 体 处 理 器 扩 展、 支 持 主 流 的 嵌 入 式 OS(Symbian、Linux、Android、 Windows Mobile、Windows Phone)、支持分支预测 branch prediction。但各处理器 在 VFP/NEON 的类型、半精度浮点(16-bit half precision floating-point)的支持、多 核 MPCore、流水线 pipeline、单 MHz 处理性能、L1/L2 cache 控制器、乱序执行、指令 dual-issue 并发等方面有略有不同。采用 ARM V8 架构的是 Cortex-A50 系列处理器,本节, 我们主要对 V7 架构 Cortex-A 处理器做下简介。 1) Cortex-A5 ARM 核处理器 Cortex-A5 处 理 器 支 持 ARMv7-A 架 构 的 特 性, 包 括 TrustZone 安 全 扩 展 NEON 多媒体处理引擎,芯片面积和功耗特性很好,但处理性能性对于其他 Cortex-A 略差,只 相 当 于 Cortex-A8 的 80% 性 能,Cortex-A15 的 一 半 性 能。Cortex-A5 可 以 支 持 多 核。 26 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 Cortex-A5 处 理 器 支 持 双 发 dual issue 以 及 分 支 预 测 branch prediction。NEON 和 VFP 的硬件可选。Cortex-A5 支持 ARM 和 Thumb 指令集,并可以包含 Jazelle-DBX 和 Jazelle-RCT 的 Java 加速技术。 Cortex-A5 处 理 器 是 尺 寸 最 小、 功 耗 最 低 ( 可 以 低 至 0.08mw~0.12mw/MHz) 的 ARM 多核处理器,能够向最广泛的设备提供 Internet 访问:包括超低成本手机、特色手 机和智能移动终端以及普遍采用的嵌入式、消费类和工业设备。Cortex-A5 处理器的应用 与 Cortex-A8、Cortex-A9 和 Cortex-A15 处理器完全兼容,能够立即访问已得到认可的 开发平台和软件体系,包括 Android、Adobe Flash、Java Platform Standard Edition (Java SE)、JavaFX、Linux、Microsoft Windows Embedded、Symbian 和 Ubuntu。 Cortex-A5 与 Cortex-A8、Cortex-A9 和 Cortex-A15 处理器的完全应用兼容性 , 为大 量现有 ARM926EJ-S? 和 ARM1176JZ-S? 处理器授权使用方提供了高价值的迁移途径。 Cortex-A5 功耗和面积只有 Cortex-A9 的 1/3,且具有完全的指令集兼容性。 图 1-12 ARM Cortex-A5 处理器框架图 2) Cortex-A7 ARM 核处理器 Cortex-A7 处理器的功耗和面积与超高效 Cortex-A5 相似,但性能提升 15~20%, Cortex-A7 是 ARM 的大小核设计中的小核部分,并且与高端 Cortex-A15 CPU 体系结 27 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 构完全兼容。Cortex-A7 处理器包括了高性能处理器 Cortex-A15 的一切特性,包括虚拟 化(virtualization)、 大 容 量 物 理 内 存 地 址 扩 展(Large Physical Address Extensions (LPAE), 可 以 寻 址 到 1TB 的 存 储 空 间)、NEON、VFP 以 及 AMBA 4 ACE coherency (AMBA4 Cache Coherent Interconnect (CCI))。Cortex-A7 支持多核 MPCore 的设计 以及 Big+Little 的大小核设计。小型高能效的 Cortex-A7 是最新低成本智能手机和平板电 脑中独立 CPU 的理想之选,并可在 big.LITTLE 处理配置中与 Cortex-A15 结合。 图 1-13 ARM Cortex-A7 处理器框架图 3) Cortex-A8 ARM 核处理器 ARM 在 2005 年向市场推出 Cortex-A8 处理器,是第一款支持 armv7-a 架构的处 理器。ARMv7 包括 3 个关键要素:NEON 单指令多数据 (SIMD) 单元、ARM trustZone 安全扩展、以及 thumb2 指令集,通过 16 位和 32 位混合长度指令以减小代码长度。 Cortex-A8 是 ARM 实现的第一个基于新 ISA 的超标量处理器:它实现了完全双发射流 水线,这意味着 cortex-a8 能够同时发出在指令流中先后出现的任何两个没有数据依赖 的指令。但是,它不能乱序来发射或撤销指令 – 该功能在之后的设计中才被实现。很多应 28 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 用 处 理 器 以 Cortex-A8 为 核 心, 如 S5PC100 (Samsung),OMAP3530 (TI,Texas Instruments),i.MX515 (Freescale)。 图 1-14 ARM Cortex-A8 处理器框架图 Cortex-A8 处理器是一个双指令执行的有序超标量处理器,针对高度优化的能效实现 可提供 2.0 Dhrystone MIPS(每 MHz),这些实现可提供基于传统单核处理器的设备所 需的高级别的性能。和 Cortex-A9 相比,由于 Cortex-A8 支持的浮点 VFP 运算非常有限, 其 VFP 的速度非常慢,往往相同的浮点运算,其速度是 Cortex-A9 的 1/10。Cortex-A8 能并发某些 NEON 指令(如 NEON 的 load/store 和其他的 NEON 指令),而 Cortex-A9 因为 NEON 位宽限制不能并发。Cortex-A8 的 NEON 和 ARM 是分开的,即 ARM 核和 NEON 核的执行流水线分开,NEON 访问 ARM 寄存器很快,但是 ARM 端需要 NEON 寄 存器的数据会非常慢。 4) Cortex-A9 ARM 核处理器 推出 Cortex-A8 之后不久,ARM 又推出了首款多核 ARMv7 CPU Cortex-A9, 它利用 硬件模块来管理 CPU 集群中一至四个核心之间的高速缓存一致性,加入了一个外部二级高 速缓存。理论上,客户可以设计不包括二级缓存的小型版本 Cortex-A9,这种设计允许剔除 管理高速缓存一致性的逻辑模块,以实现尺寸更小的单核设计。但实际上,大多数设计都采 29 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 用双核个或更多核心并附带二级高速缓存。 Cortex-A9 MPCore 或 者 单 核 处 理 器 单 MHz 性 能 比 Cortex-A5 或 者 Cortex-A8 高, 支 持 ARM、Thumb、Thumb-2、TrustZone、Jazelle RCT、Jazelle DBX 技 术。 L1 的 cache 控制器提供了硬件的 cache 一致性维护支持多核的 cache 一致性。核外的 L2 cache 控制器 (L2C-310, or PL310) 支持最多 8MB 的 cache。Cortex-A9 的 L1 cache 行 宽度为 32byte,L2 cache 因为多核的原因在核外集成,即通过 SCU 来访问多核共享的 L2 cache。 图 1-15 ARM Cortex-A9 单核处理器框架图 5) Cortex-A15 ARM 核处理器 随着智能手机市场开始加速发展,ARM 再次预见到了不断发展的移动系统对芯片性能 提出的更高要求。为此 ARM 开发了一款性能上大幅提升的处理器,用以专门针对新的高端 移动市场。在已经非常强大的 Cortex-A9 的基础上,ARM 凭借 Cortex-A15 又将性能提高 了 50% 以上。此外,Cortex-A15 引入了一系列架构扩展,从而实现了更大物理地址空间、 硬件虚拟化支持和扩展一致性。在 32 位系统中内存被划分为 2GB 设备内存和 2GB 普通内存, 当设备的 RAM 超出 2GB 的时候,拥有更大的物理地址空间就变得异常重要。因此 ARM 推 出了 big.LITTLE 处理器技术中,它提供了一种降低平均功耗并在功耗受限的条件下优化达 到最大性能的方法。 30 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 Cortex-A15 MPCore 处理器是目前 V7 架构 Cortex-A 系列中性能最高的处理器, 一个突出的特性是其硬件的虚拟化技术 (Hardware virtualization) 以及大物理内存的扩展 (Large Physical Address Extension (LPAE), 能寻址到 1TB 的内存 )。 图 1-16 ARM Cortex-A15 单核处理器框架图 6) Cortex-A12 随着智能手机市场的爆炸式增长,SoC 供应商和 OEM 将该市场划分为旗舰高端级别、 中端级别、低成本入门级别。随着这些细分市场的出现,ARM 一直在定义专门针对上述三 个级别市场的不同处理器。Cortex-A12 是采用全新微架构的一个全新处理器,专门面向快 速发展的中端移动市场。下图显示了这些细分市场的规模,以及面向这些细分市场的 ARM Cortex-A 产品: 图 1-17 Cortex-A12 应用目标市场 31 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 Cortex-A12 的设计面向中端移动 SoC,以满足这一细分市场对于芯片面积和功耗的 要求。它使用无序双执行流水线,其性能比当前在许多中端移动 SoC 中使用的 Cortex-A9 高出 40%。Cortex-A12 在 2013 年中推向市场,有望在 2014 投入量产。它是一款 32 位 处理器,具有与 Cortex-A15 相同的物理地址扩展和相关的架构特性。 Cortex-A12 能 够 在 很 多( 但 并 非 全 部) 用 例 中 提 供 接 近 Cortex-A15 的 性 能。 Cortex-A12 还针对中端移动设计进行了优化,取消了一些企业功能,使用略微简单的流水 线,因此在横跨多个市场的高端设备上都可以找到 Cortex-A15 的身影,而 Cortex-A12 则 专门面向中端移动设计。 图 1-18 Cortex-A12 方框图 7) ARM V7 架构 Cortex-A 系列处理器的对比 表 1-6 是 ARM V7 架 构 Cortex-A 各 处 理 器 (Cortex-A5, Cortex-A7, Cortex-A8, Cortex-A9, Cortex-A15) 的对比 : 内核 Cortex-A5 Cortex-A5 MPCore Cortex-A8 Cortex-A9 Cortex-A9 MPCore Cortex-A9 硬核 Cortex-A15 MPCore Cortex-A7 MPCore 架构 ARMv7 ARMv7 + MP ARMv7 ARMv7 ARMv7 + ARMv7 + ARMv7 ARMv7 MP MP +MP+LPAE +MP+LPAE 中断 控制器 GIC-390 已 集 成GIC GIC-390 GIC-390 已 集 成 -已 集 成 -已 GIC GIC 集 成GIC GIC-400 32 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 微控制器结构分析和未来发展 内核 Cortex-A5 Cortex-A5 MPCore Cortex-A8 Cortex-A9 Cortex-A9 MPCore Cortex-A9 硬核 Cortex-A15 MPCore Cortex-A7 MPCore L 2 cache L2C-310 控制器 L2C-310 已集成 L2C-310 L2C-310 L2C-310 已集成 已集成 预期 3 0 0 - 8 0 0 3 0 0 - 8 0 0 600-1000 600-1000 600-1000 800-2000 1000-2500 8 0 0 - 实现 MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz 1500MHz DMIPS/ MHz 1.6 1.6( 每 个 CPU) 2.0 2.5 2.5( 每 个 CPU) 5.0(双核) TBC 1.9( 每 个 CPU) 2011 年 10 月 25 日,ARM 正 式 宣 布 了 其 第 一 款 64 位 处 理 器 架 构“ARMv8”。 ARMv8 完全向下兼容现有的 32 位 ARMv7 软件,而且运行于 ARMv8 上的 64 位操作系 统也可以简单、高效地支持现有的 32 位软件,ARMv8 架构包含两个执行状态:AArch64 和 AArch32。AArch64 执 行 状 态 针 对 64 位 处 理 技 术, 引 入 了 一 个 全 新 指 令 集 A64; 而 AArch32 执行状态将支持现有的 ARM 指令集。目前的 ARMv7 架构的主要特性都将 在 ARMv8 架构中得以保留或进一步拓展,如:TrustZone 技术、虚拟化技术及 NEON advanced SIMD 技术等。 ARM 目前提供 Cortex-A57 与 Cortex-A53 两款采用 V8 架构 的处理器,这里不再介绍,有兴趣的可以查看有关资料。 33 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 第 二 章 飞思卡尔 MCU 架构介绍 飞思卡尔是全球领先的半导体公司,主要设计和生产包括嵌入式处理器和连接产品,以 及一些传感器,射频半导体,功率管理和模拟混合信号类的产品。其中飞思卡尔 MCU 的市 场占有份额一直保持领先地位。 2.1 飞思卡尔 8 位 MCU 架构 飞思卡尔传统的 8 位 MCU 有如下几种类型的产品:S08、RS08、HC08、HC05、 HC11。其中 HC05、HC11 内核架构的属于早期飞思卡尔的 MCU 产品,比较典型的是 68HC 系列的 MCU,现在在市面上较为少见。 2.1.1 HC08 架构 MC68HCS08 系列单片机采用比 CPU08 更快的 S08 内核。工作电压为 2.1V 时,CPU 和总线频率最高可到 40MHz 和 20MHz,1.8V 时可达 16MHz 和 8MHz。采用第三代 0.25μm 的 FLASH 技术,提供应用程序重复编写和数据存储能力。高度集成了 4 个串行通信接口, 8 路 10 位 A/D,最多 8 个定时器 /PWM。低功耗和高性能的特征决定了 S08 产品适合用 在电池供电或便携应用中。目前有 HCS08Q、、HCS08R、、HCS08G、、HCS08AW 等 4 个系列,20 多种型号。 2.1.2 RS08 架构 在小型产品应用中,也许并不需要 CPU08 或 S08 所具备的丰富功能,且 8 位单片机 正逐渐向着小化应用发展,于是飞思卡尔推出了效率更高、成本更低的基于 RS08 内核的 MC9RS08 系列单片机。RS08 内核是精简的 S08 指令集内核,它精心为 16K 以下的 Flash 和引脚数目较少的设备而设计。RS08 内核的尺寸比 S08 小 30%,将计数器和地址总线宽 度限制为 14 位,使用一个全局中断标志寄存器取代了向量中断功能,同时还取消了许多 功能,由更为简单的结构所代替。该系列大多是 5V 供电的 MCU,通用型号为 RS08KA、 RS08KB、RS08LA、RS08LE。 2.1.3 S08 架构 S08 兼具高性能和低功耗两个特点,无需降低性能便可实现 1.8V 低功耗运算。S08 特性 – 34 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 多种电源管理模式,包括 20µA 电源关断模式。 带有温度和电压补偿的可编程内部时钟发生器 ( 典型偏移 < 2%),支持可靠的通信、 快速启动及更低的系统成本。 采用第三代 0.25µ 闪存技术,实现应用中重新编程和数据存储功能。 高度集成,包括 4 个串行通信端口,多达 8 个定时器 /PWM,以及 1 个 8 通道 10 位 模数转换器,可在 1.8V 低电压下工作。 该 架 构 的 有 两 种 电 压 可 以 选 择 3.6V 和 5.5V, 通 用 的 型 号 有:S08AC、S08AW、 S08D、S08EL、S08LL、S08GB、S08GW、S08GT 等系列。 目前飞思卡尔主推的 8 位机是 S08 系列。S08 微控制器不仅集成度高、片内资源丰富, 接口模块包括 SPI、SCI、IIC、A/D、KBI、定时器、LVD 和 PWM 等,且具有灵活的时钟 模式,还具有很宽的工作温度范围。其主要特点如下:技术成熟、高可靠、高性能、抗干扰 和电磁兼容性强,内部资源丰富,且种类齐全,选择余地大,新产品多;开发技术先进且费 用低廉,可提供免费的集成开发环境和开发调试器;支持 C 高级语言开发,并进行了硬件和 软件优化,效率较高;飞思卡尔推出的 flexis 系列(属于 s08 高端和 coldfire 低端)可平滑 完成从 8 位 MCU 到 32 位 MCU 核心的转移,它们的引脚兼容、开发环境不变。 秉承飞思卡尔处理器一贯的高可靠性,抗干扰能力强的特点,S08 的可靠性稳定性是 首屈一指的,在国外大量应用于工业控制,汽车电子等环境恶劣的场合,S08 系列的易用性 也是一流的,高度模块化的结构和丰富的片上资源,使得很少需要外扩电路模块即可完成设 计,有利于降低整个系统的成本和 PCB 面积。 S08 MCU 具 有 40MHZ 的 主 频, 产 品 线 齐 全, 有 8pin 的 低 端 单 片 机 也 有 集 成 了 usb、can 等高端 MCU,但由于整个系列的 S08 是高度兼容的,其实只要学会一种,就可 很容易学会其他型号的 S08 单片机。 2.2 飞思卡尔 16 位单片机 飞思卡尔 S12 和 S12X 微控制器可以为汽车和工业应用提供高性能的 16 位控制功能。 S12X 微控制器具有创新的 XGATE 模块,无需 CPU 干预即可处理中断事件,这让 S12X 控 制器具备了通常在 32 位控制器上才有的高性能处理能力。同样在飞思卡尔 16 位 MCU 家 族中有如下几种架构: * S12 MagniV 混合信号 MCU; 35 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com * HCS12 & S12X; * HC12(较早产品); * HC16; * DSC(数字信号控制器)。 飞思卡尔 MCU 架构介绍 2.2.1 S12 MagniV 混合信号 MCU S12 MagniV 系列采用面向汽车应用的高度集成且易用的混合信号微控制器,简化了 系统设计。S12 MagniV 器件提供单芯片和双芯片解决方案,基于成熟的 S12 技术,整个 产品组合的软件和工具均兼容。S12 MagniV 系列以优化的方式集成了数字编程能力和高精 度模拟电路,配有一组可扩展的存储器供选择,并采用基于革新的 LL18UHV 技术的新型单 片器件,简化了汽车电子的设计。该架构的 MCU 主要有:S12ZVHY、S12VR、S12ZVC、 S12ZVL、S12ZVM 等。 2.2.2 HCS12 & S12X 架构 HCS12 架构 MCU 采用 Motorola 第三代 Flash,容量为 32K ~ 512KB,具有在线编 程能力和保密机制,无需外加编程电压,最短整体擦除时间仅 100ms,512 字节页擦除时 间仅 20ms。典型的 HC12 总线速率是 8MHz,而 S12 内部总线速率最高可达 25MHz,即 40ns 的最小指令周期。MC9S12 系列 RAM 和 EEPROM 容量总体上高于 HC12 系列,且 串行接口丰富,时钟发生器模块内设 PLL,内部时钟可软件调节。此外 S12 具有灵活的定制 模式,背景调试模式以及对 C 进行完全优化的压缩代码的优点。 S12X 系列单片机最大的特点是增加了一个平行处理的外围协处理器 XGATE 模块。该 模块是一个可编程的 16 位 RISC 核心,其设计运行速度可高达 100MHz,是一个智能的、 可编程的直接内存存取(DMA)模块,可以进行中断处理、通信和数据预处理,通过提供 外围模块、RAM 和 I/O 端口之间的高速数据处理与传输,卸载 CPU 的任务。XGATE 是一 个独特的、完全独立可编程的协处理器,可单独对所有的外围。 模块和 RAM 进行操作,可以将其看作是可编程的 DMA 处理器,另一种算法执行单元, 可配置的 Watchdog,实时的中断处理器等等。 该系列的 MCU 主要有以下系列:S12XA、UF、S12XE、S12XS、S12HY、S12D 等。 2.2.3 DSC 数字信号控制器 36 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 数字信号控制器 (DSC) 系列提供优化的解决方案,实现需要高速和高精度控制回路功 能的数字功率变换、电机控制和许多其他应用。 该产品组合兼具数字信号处理器 (DSP) 的 处理能力和微控制器 (MCU) 的功能,支持灵活的外围设备,可实现经济高效的解决方案。 飞思卡尔新一代数字信号控制器为环保创新提供高性能、高精度的高端解决方案。凭借新型 32 位内核和高性能外设,飞思卡尔 DSC 适用于各种高端应用,如开关电源、高级电机控制、 智能设备、不间断电源、光伏系统、无线充电和高级照明。 该架构的 DSC 主要有以下型号:MC56F80xx,MC56F81xx,MC56F82xx,MC56F83xx, MC56F84xxx 等。 新 的 MC56F82xx 系 列 是 基 于 56800E 内 核 的 DSC 系 列 的 成 员。 它 结 合 了 微 控 制器 (MCU) 的功能和数字信号处理器 (DSP) 的处理能力,提供广泛的外设,包括带有 NanoEdge 布局技术的高速脉宽调制器以及两个超高速模数转换器 (ADC),是一款极具成 本效益、功能强大的多功能嵌入式控制解决方案。 MC56F82xx 器件是飞思卡尔产品组合中 带有嵌入式闪存的最快速的 DSC,也是市场上最具成本效益的 DSC 产品之一。 飞思卡尔工业和多市场 MCU 事业部总监 Aiden Mitchell 表示,“开发人员正在寻求 各种技术来提高功率转换和电机控制应用(如太阳能逆变器、白色家电、混合动力汽车电池 和 LED 灯)的成本效益和能效。 MC56F82xx 系列不仅具有高性价比、广泛的外设,还提 供卓越的能效,让设计人员能够转换成数字控制,按自己的要求设定应用创新的步伐。” MC56F82xx 包 括 多 达 九 个 增 强 型 灵 活 脉 宽 调 制 (PWM) 通 道, 其 中 六 个 带 有 NanoEdge 布局技术,帮助增强功率转换、功能性和准确性。片上 ADC 可以实现每秒 333 万采样,有助于减少信号波纹来精确地调节能源。 这些器件包括模块化交叉开关,在外设 和封装引脚之间实现可编程的内部模块连接。 MC56F82xx 系列是目前 DSC 市场中最低能耗的器件。MC56F82xx 设备的能效是其 它 DSC 产品的四倍,以 60 MHz 运行,电压达到 3.6V。 DSC 提供大量的成本节省特性, 消除了对外部元件的需求,还降低了整体材料清单成本。 2.2.4 16 位 MCU 发展 8 位产品依然占据 50% 的 MCU 市场,而随着 32 位市场的不断扩张,16 位产品市场 面临上下夹击,遭遇尴尬。难道 16 位 MCU 真的成为了鸡肋?基于不同的 MCU 产品策略, 各家厂商对 16 位 MCU 产品的态度不一。16 位 MCU 的应用市场主要集中在汽车电子、 37 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 需要电机控制的中高端消费电子(白电)、IC 卡等领域,在现今金融危机的形势下,16 位 MCU 的消费群体出现了较大幅度的下滑。且 16 位 MCU 本身还受到 8 位 MCU 低价格、易 使用、32 位 MCU 高性能、价格降幅大的冲击。更多的客户开始接受 32 位 ARM 在汽车电子、 消费电子(白电)和高端 IC 智能卡等方面的应用,势必会挤压原来 16 位 MCU 的市场。 2.3 飞思卡尔 32 位 MCU 随着应用设计需要的资源越来越多,32 位 MCU 市场正受到市场追捧。主要 MCU 供 应商看好 32 位 MCU 的市场机遇并制定了相应的产品和市场策略。 Kinetis 系 列 ARM Cortex MCU 由 多 款 软 硬 件 互 相 兼 容 的 ARM Cortex-M0+ 和 ARM。 Cortex-M4 MCU 产品构成,具有出色的低功耗表现、内存扩展特性和功能集成。 系列产品包括从入门级的 ARM Cortex-M0+ Kinetis L 系列到高性能、功能丰富的 ARM Cortex-M4 Kinetis K,非常全面,而且还具有丰富的模拟、通信、HMI、数据连接和安全特性。 所有的 Kinetis MCU 都受到大量由飞思卡尔和第三方软硬件系统的全面支持,从而可以降 低开发成本,缩短产品上市时间。 2.3.1 ARM Cortex-M4 架构 ARM Cortex-M 微控制器系列是一系列可向上兼容的高能效、易于使用的处理器,这 些处理器旨在帮助开发人员满足将来的嵌入式应用的需要。这些需要包括以更低的成本提供 更多功能、不断增加连接、改善代码重用和提高能效。Cortex-M 系列针对成本和功耗敏感 的 MCU 和终端应用(如智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、大型家用电器、 消费性产品和医疗器械)的混合信号设备进行过优化。 图 2-1 ARM Cortex-M 微控制 该架构的 Freescale MCU 主要代表是 Kinetis K 系列通用型的 MCU 如:K10、K20、 K30、K40、K50、K60。 飞思卡尔 Kinetis K 系列器件包括 200 多种基于 ARM Cortex-M4 内核的兼容的、低 38 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 功耗和高性能 32 位微控制器。本系列器件的设计满足了可扩展性能、集成、数据连接、通信、 人机界面和安全等特性。它的特点是高度集成,含有多种快速 16 位模数转换器 (ADC)、数 模转换器 (DAC) 和可编程增益放大器 (PGA),以及强大、经济高效的信号转换、信号调节和 控制功能。支持包内有飞思卡尔塔式系统开发平台,附赠的 MQX RTOS 和附带 Processor Expert 自 动 编 码 生 成 器 的 CodeWarrior IDE, 并 受 到 来 自 IAR Systems、KEIL、Green Hills 和其他合作伙伴的广泛支持。Kinetis K 系列是飞思卡尔包含在高能效解决方案和产品 长期供货计划中。 Kinetis K60 架构如下: 图 2-2 Kinetis K60 架构 K60 MCU 系列包含 IEEE 1588 以太网、具有设备充电检测能力的全速和高速 USB 2.0 OTG 接口,以及硬件加密和窜改检测功能。 该系列器件从 256 KB 闪存的 100 引脚 LQFP 封装到 1 MB 闪存的 256 引脚 MAPBGA 封装,规格齐全,其中还包括具有 0.4 mm 间距 的 5 x 5 mm 晶圆级芯片规模封装 (WLCSP) 这些器件具备丰富的模拟、通信、定时和控制 外设。具有高密度内存的 K60 系列器件包含了一个可选单精度浮点单元、NAND 闪存控制 39 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 器和 DRAM 控制器。K60 带以太网加密的 MCU 是飞思卡尔的高能效产品解决方案。 2.3.2 ARM Cortex-M0+ 架构 ARM Cortex-M0+ 处理器是能效极高的 ARM 处理器。它以极为成功的 Cortex-M0 处理器为基础,保留了全部指令集和数据兼容性,同时进一步降低了能耗,提高了性能。 它与 Cortex-M0 处理器一样,芯片面积很小,功耗极低,并且所需的代码量极少,这就 使得开发人员可以直接跳过 16 位系统,以接近 8 位系统的成本开销获取 32 位系统的性 能。Cortex-M0 微控制器提供了丰富选项用于进行灵活开发。Cortex-M0+ 处理器保留了 Cortex-M0 微控制器的 56 个指令,从而使开发变得简单而快速。Thumb 指令集提供了无 法匹敌的代码密度,同时提供了 32 位计算性能。这些功能的组合使得 Cortex-M0+ 能够 顺理成章地在很广大的应用领域里成为 8 位及 16 位系统经济实用的升级换代产品,同时它 还保留了与更强大的 Cortex-M3 和 Cortex-M4 处理器的工具和二进制向上兼容性。 图 2-3 Cortex-M0+ 微控制器 40 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 图 2-4 Kinetis KL4x 系列框图 Kinetis L 系列 MCU 集新型 ARM Cortex-M0+ 处理器的卓越能效和易用性与 Kinetis 32 位 MCU 组合的性能、丰富的外设集、支持功能和可扩展性于一身。 有了 Kinetis L 系列,设计者不再因限制功耗的问题而拘泥于 8 位和 16 位 MCU。该 系列具有优化的动态和停止电流并提供出色的处理性能,而且还提供多种片上闪存密度以及 丰富的模拟模块、连接功能和 HMI 外设供您选择。 Kinetis L 系列 MCU 还与基于 ARM Cortex-M4 的 Kinetis K 系列硬件和软件兼容, 提供了一个向更高的性能、存储器和特性集成度升级的可扩展途径。 Kinetis KL4x 系列与所有其他 Kinetis L 系列的引脚、外设和软件兼容,并将一个全速 USB 2.0 On-The-Go(OTG) 控制器与集成式低压稳压器和一个灵活的低功耗段式 LCD 控制 器相结合,可支持 376 个段。Kinetis KL4x 系列还兼容 Kinetis K40 (ARM Cortex-M4 内 核 ) 系列,为迁移到更高性能和实现功能集成提供了解决之道。Kinetis L 系列器件涵盖从采 用 64LQFP 封装并配备 128KB 闪存的型号,到采用 100 LQFP/121 MAPBGA 封装并配备 256 KB 闪存的型号,结合了超低功耗性能,包含一套丰富的模拟、通信、定时和控制外设。 这些性能使 KL4x 系列非常适用于需要显示功能的应用,如电子秤、恒温器、流量计和智能 电表。 2.4 飞思卡尔 i.MX 多媒体应用处理器 作为面向多媒体和显示应用的最灵活平台,飞思卡尔基于 ARM 的 i.MX 处理器为下 41 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 一代智能设备提供了优化的功耗,性能和完备的集成度。i.MX 解决方案包括基于 ARM9、 ARM11、ARM Cortex A8 和 ARM Cortex A9 内核技术的处理器,能够支持快速增长的消 费电子,汽车和工业应用,并为这些全新的产品带来了完美的互动性。 2.4.1 强大的多媒体功能 在过去的 10 年里,i.MX 应用处理器通过集成高端 LCD 和摄像头接口,视频编解码器 和图形图像处理器,始终提供了一流的多媒体功能,包括全高清 1080P 的视频播放支持和 引人入胜的用户界面体验,同时集成的加速处理单元 NIEON SIMD 和矢量浮点协处理器为 客户提供了一流性能的增强型多媒体解决方案。 2.4.2 高级 HMI 在所有市场领域中,以显示为中心的器件为了提供最好的用户体验,都需要有更加先 进且直观的用户界面。通过集成硬件独立 2D 和 3D 图形加速器,i.MX 应用处理器产品可以 向 LCD 面板 ( 从 QVGA 到 WUXGA 分辨率 ) 创建带有触摸功能并令人惊叹的逼真图像。通 过使用片上加速,客户可以通过提供的器件驱动和合作伙伴应用软件轻松添加丰富的图形字 体渲染并增强 Web 浏览。 2.4.3 能效 i.MX 多媒体应用处理器面向丰富的移动多媒体体验提供的性能平衡和长电池使用寿命。 无论是便携设备还是固定设备,目前的应用在设计时都必须考虑总体能源使用成本,以及过 高的功耗对环境造成的影响。飞思卡尔的集成功率管理和协同 PMIC 解决方案组合优化了功 耗并简化了实现难度。 *多个独立电源域; *动态电压和频率调节; *动态工艺和温度补偿; *专有的电源门控; *互联和通信。 i.MX 产品组合提供了许多通信接口选项以支持互联的世界。其中包括:用于实时控 制具体 IEEE1588 硬件时间戳的以太网;可用于外部便携数据存储连接和 Zigbee,WiFi 和 42 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 Bluetooth 模块等无线协议连接的 SD/SDIO/MMC 端口;用于现场升级,便携数据存储的 带 PHY 的 USB 模块;为 RS232/485 等多种网络接口提供支持的多串行端口;用于连接音 频外设的 I2S 串行接口;支持工业和汽车网络桥接的双 CAN 模块;以及用于外部大容量存 储的接口。 2.4.4 可靠性,安全性和加密 i.MX 产品组合包括多种安全特性,例如高可靠性引导,运行时完整性检查,安全 JTAG,安全存储,安全实时时钟和物理篡改检测。高可靠性引导具有可靠性功能检查,用 于确保正确的软件位于正确的器件,并且在每次芯片重置时都运行。硬件加密单元支持多种 加密和哈希算法,用于程序验证,身份验证并且保护数据传输和存储。篡改检测系统具有用 于电压,频率,温度以及用于物理攻击检测的外部传感的集成传感器。对于出现安全故障的 应用,还提供了独立时钟看门狗用于代码失控保护。 *支持外部存储器 i.MX 应用处理器可以与用于编程和数据存储的各种存储器相连接。根据特定的处理器, 外部存储器支持多种 DRAM( 包括 16/32 位 SDRAM,DDR1/DDR2/DDR3,mDDR,LPDDR2 和 LV-DDR),以便实现成本灵活性,并且在性能和功率之间获得最佳平衡。i.MX 支 持多种外部闪存,包括 SLC,MLC 和 MANAGED NAND 闪存,以及 NOR 存储器。i.MX 还提供了纠错功能,以便改善 RAW NAND 的可靠性。同时支持并行总线,以便与映射至 外部存储空间的 FPGA 和 ASIC 等外设相连接。 2.4.5 智能集成 i.MX 处理器提供广泛的外设集成,包括显示器连接接口,模拟单元和安全,并提供多 种标准系统功能,例如计时器,脉宽调制 PWM,DMA 和调试支持。通过这种优化外设的 智能集成以及卓越的产品可扩展性,i.MX 处理器减少了系统级离散器件,降低了功耗,减 少了板卡尺寸,简化了开发工作并降低了系统成本。 1. i.MX6 系列 – 具有单核,双核和四核家族的可扩展多核平台。 43 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 图 2-5 i.MX6 系列介绍 图 2-6 i.MX6 框图 44 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 i.MX 6 系 列 处 理 器 推 出 了 业 界 首 个 真 正 可 扩 展 的 多 核 平 台, 包 括 基 于 ARM® Cortex ™ -A9 架构的单核、双核和四核系列产品。i.MX 6 系列拥有强大的生态体系支持, 是开发一系列基于单一硬件设计的终端产品的理想平台。 i.MX 6 系列具有高性能多媒体处理且引脚 * 和软件兼容的产品系列,并内置了电源管 理,专为新的智能设备时代而构建。5 个系列中有 4 个实现了引脚兼容。 i.MX6 主要特征: *基于 ARM Cortex-A9 的可扩展单核,双核,四核产品,最高可达 1.2GHz,具有 ARMv7,Neon,VFPv3 和 Trustzone 支持。 * 32KB 指令和数据 L1 缓存,256KB 至 1M L2 缓存 *支持多码流的 HD 视频引擎,在高性能家族中支持 1080p60 解码,1080p30 编码 和 3D 视频播放 * 卓越的 3D 图形性能,最多支持 4 个 shader 核,200MT/s * 独立的 2D 和 / 或矢量加速引擎 * 支持 3D 影像的图像传感器 *丰富的接口,可以包括具有集成 PHY 的 HDMI v1.4,SD3.0,集成 PHY 的多个 USB2.0 端口,具有集成 PHY 的千兆以太网,集成 PHY 的 SATA-II, 具有集成 PHY 的 PCI Express 和面向汽车应用的 FlexCAN。 * 全面的安全特性 * 可选的 EPD 显示控制集成,面向电子书和类似应用。 2. i.MX28 – 无以伦比的 ARM9 智能集成。 45 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 架构介绍 图 2-7 i.MX28 框图 i.MX28 主要特性: * 具有 16KB/32KB 指令和数据缓存的 454MHz ARM926EJ-STM 内核; * 集成 PMU 电源管理模块。可为芯片供电,并驱动外部组件,支持锂电池和直接连 接至 5V 电源; * 具有 RMII 支持和 L2 交换机的双 IEEE1588 10/100 以太网; * 双 CAN 接口; * NAND 支持:SLC/MLC 和 eMMC4.4(Managed NAND); * 硬件 BCH( 最高支持 20 位纠正 ); * 200MHz 16 位 DDR2,LV-DDR2,mDDR 和外部内存支持; * 具有 PHY 的双高速 USB; * 最高支持八个通用 12 位 ADC 和一个 2Msps ADC; * 热保护温度传感器; * 多个连接端口 (UART, SSP, SDIO, SPI, I2C, I2S)。 46 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 第 三 章 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 3.1 Kinetis K60 MCU 开发流程 3.1.1 Find the MCU http://www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp?code=PCMCR01&tid=FSH 3.1.2 快速查找你需要的资料(基于 K60) 47 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 3.1.3 查找你要的资料和手册 进入该页面后会有 Overview, Documentation, Software &Tools, Buy / Parametrics , Training & Support 这几个标题项目,进入 Documentation 就会找到对应型号的数据手 册和编程资料。 48 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 3.1.4 选取 Freescale MCU 开发工具 目前 Freescale 支持的开始工具主要以 Codewarrior 为主,还同时得到一些第三方工 具开发厂商的支持如 IAR,KEIL,GUN 等。如下图所示: 49 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 1. Codewarrior: h t t p : / / w w w. f re e s c a l e . c o m / we ba p p / s p s / s i te / o ve r v i e w. jsp?nodeId=0152102726E4D3 Codewarrior 是 Freescale 自主开发维护的 MCU 软件开发平台,支持 Freescale 全系 列的 MCU,截止 2013 年 12 月,最新的 MCU 开发工具 Codewarrior 10.4 已更新为 10.5 版本,详细的说明参考以上的链接 : 50 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 详细建立工程参考: Quick Start for Microcontrollers.pdf 2. Process Expert 强大的图形化编程工具 该 工 具 已经添加到 Codewarrior 中并且做为 Codewarrior 的一个标准插件, 提 供 51 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 MCU 的引脚分配,代码生成的功能,该工具中提供用户需要的 MCU 所有外设的驱动库, 方便客户驱动代码的开发,加快项目的进度。 3. IAR 截 止 2013 年 12 月, 最 新 的 IAR 版 本 已 更 新 到 6.70 版, 已 经 增 加 了 对 Freescale Kinetis 系列大部分 MCU 的支持,更详细的请访问:www.iar.com 。 4. KEIL 截 止 2013 年 12 月,KEIL 已 更 新 到 5.0 版 本, 推 荐 使 用 4.7 版 本, 该 版 本 添 加 了 Freescale Kinetis 系列大部分 MCU 的支持, 更详细的请访问:www.arm.com。 52 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 3.1.5 调试工具的支持 以上三种调试工具可以调试目前 Freescale Kinetis 系列的所有 MCU,目前的开发工 具都对这三种常见的开发工具进行了支持。 3.1.6 开发板的选择 中电器材的 K60 开发板 CFKUEVK 与飞思卡尔 K60 的开发板 TWR-K60D100M。 53 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 3.1.7 开发资料的支持 Featured Software and Tools KINETIS512_SC:kinetis family example projects 54 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 以上代码示例可以在 Freescale 官网下载到,Freescale 为 Kinetis MCU 针对每一个外 设提供了详细的代码例程。用户可以跟进自己的应用对每一个外设进行修改。 3.1.8 开发社区的支持 飞思卡尔中文社区:http://www.freescaleic.org/ 为客户提供中文的解答支持,在这 里你可以同 Freescale FAE 进行及时的交流和反馈,也可以下载各种有用的资料。 飞思卡尔社区:https://community.freescale.com/welcome 为 Freescale 全球用户 提供一个交流平台,该社区提供比较全面的 MCU 技术交流。 3.2 Kinetis KL25 MCU 开发流程 3.2.1 Find the MCU http://www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp?code=PCMCR01&tid=FSH 3.2.2 快速查找你需要的资料(基于 K25) 55 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 3.2.3 查找你要的资料和手册 进入该页面后会有 Overview, Documentation, Software &Tools, Buy / Parametrics , Training & Support 这几个标题项目,进入 Documentation 就会找到对应型号的数据手 册和编程资料。 3.2.4 选取 Freescale MCU 开发工具 目前 Freescale 支持的开始工具主要以 Codewarrior 为主,还同时得到一些第三方工 具开发厂商的支持如 IAR,KEIL,GUN 等。如下图所示: 56 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 1. Codewarrior: http://www.freescale.com/webapp/sps/site/overvi e w . jsp?nodeId=0152102726E4D3 Codewarrior 是 Freescale 自主开发维护的 MCU 软件开发平台,支持 Freescale 全 系列的 MCU,截止 2013 年 12 月,最新的 MCU 开发工具 Codewarrior 10.4 已更新为 10.5 版本,详细的说明参考以上的链接。 57 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 详细建立工程参考: Quick Start for Microcontrollers.pdf 2. Process Expert 强大的图形化编程工具 58 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 该工具已经添加到 Codewarrior 中并且做为 Codewarrior 的一个标准插件,提供 MCU 的引脚分配,代码生成的功能,该工具中提供用户需要的 MCU 所有外设的驱动库, 方便客户驱动代码的开发,加快项目的进度。 3. IAR 截 止 2013 年 12 月, 最 新 的 IAR 版 本 已 更 新 到 6.70 版, 已 经 增 加 了 对 Freescale Kinetis 系列大部分 MCU 的支持, 更详细的请访问:www.iar.com 4. KEIL 截 止 2013 年 12 月,KEIL 已 更 新 到 5.0 版 本, 推 荐 使 用 4.7 版 本, 该 版 本 添 加 了 Freescale Kinetis 系列大部分 MCU 的支持, 更详细的请访问:www.arm.com p 59 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 3.2.5 调试工具的支持 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 以上三种调试工具可以调试目前 Freescale Kinetis 系列的所有 MCU,目前的开发工 具都对这三种常见的开发工具进行了支持,有些开发板已经板载了调试接口 OpenSDA 接口。 3.2.6 开发板的选择 中电器材的 KL25EVK 与飞思卡尔的 FRDM_KL25。 60 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 3.2.7 开发资料的支持 飞思卡尔 MCU 开发流程介绍 以上代码示例可以在 Freescale 官网下载到,Freescale 为 Kinetis MCU 针对每一个 外设提供了详细的代码例程。用户可以跟进自己的应用对每一个外设进行修改。 3.2.8 开发社区的支持 飞思卡尔中文社区:http://www.freescaleic.org/ 为客户提供中文的解答支持,在这 里你可以同 Freescale FAE 进行及时的交流和反馈,也可以下载各种有用的资料。 飞思卡尔社区:https://community.freescale.com/welcome 为 Freescale 全球用户 提供一个交流平台,该社区提供比较全面的 MCU 技术交流。 61 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 第 四 章 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 4.1 CFKUEVK-K60N512 核心板 4.1.1 概述 CFKUEVK-K60N512 是中电器材基于飞思卡尔 Kinetis K60 低功耗 MCU 设计的一块 MCU 核心板,采用的 MCU 型号为 MK60DN512ZVLQ10,它是基于 ARM Cortex-M4 内核, 集成了 USB 2.0 全速 OTG 控制器、10/100 Mbps 以太网 MAC 等。 CFKUEVK-K60N512 核心板是 CFKUEVK-KIT 开发板的一部分,它实现了最小系统, 可以单独使用,也可以与 CFKUEVK-BASE 接口板一起构成开发套件使用。 图 4-1 CFKUEVK-K60N512 外观及主要参数 4.1.2 硬件介绍 CFKUEVK-K60N512 核心板实现最小系统。它包含一颗板载 50MHZ 有源晶振作为 MCU 主时钟输入,一颗 32.768KHZ 无源晶振作为 RTC 时钟输入。所有的功能 IO 都由金 手指接口引出,由接口板上的扩展插座进行扩展。 CFKUEVK-BASE 接口板包含丰富的外设,与 CFKUEVK-K60N512 核心板通过 DDR2 插座相连后,即可进行评估开发。同时,CFKUEVK-BASE 还包含与 DDR2 插座 pin to pin 兼容的排针座,用户可以通过这些插座对 MCU IO 进行自由扩展。 62 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 图 4-2 CFKUEVK-K60N512 硬件框图 1. K60N512 微控制器简介 CFKUEVK-K60N512 核心板采用的 MCU 型号为 MK60DN512VLQ10。它属于飞思 卡尔基于 ARM Cortex-M4 内核的 Kinetis K60 系列。主要参数如下: * 32 位 ARM Cortex-M4 内核,集成 DSP 指令; * 内核工作频率高达 100MHz; * 144 LQFP,20mm x 20mm,0.5mm pitch 封装尺寸; * 输入电压范围 1.71V – 3.6V; * 集成 512 KB Pflash,128 KB SRAM; * 外部总线接口(EBI); * 功耗管理控制器,支持十种功耗模式; * 多功能时钟发生器,支持 PLL、FLL 模式; * 16 位逐次比较型 ADC, 12 位 DAC; * 高速模拟比较器; * 内部参考电压; * USB 全速 / 低速 OTG/Host/Device 控制器,集成设备充电检测; * SPI, I2C (w/ SMBUS), UART (w/ ISO7816 和 IrDA), CAN, I2S; * SDHC 控制器; * GPIO:支持外部中断,DMA 请求,数字脉冲滤波; * 电容式触摸检测(TSI); * 调试接口:JTAG,cJTAG,SWD; * 跟踪调试:TPIO,FPB,DWT,ITM,ETM,ETB; 63 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com * 10/100 Mbps 以太网 MAC,支持 MII/RMII 两种模式。 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 2. 时钟 Kinetis MCU 由一个内部数控振荡器(DCO)启动,支持一路或两路(视具体型号 MCU)外部时钟输入。MCG 模块外部时钟输入范围可从 32.768 KHz 到 32 MHz。RTC 外 部时钟输入支持连接一路 32.768 KHz 晶振。 MCG 模块也可直接由 EXTAL pin 外接有源时钟驱动。CFKUEVK-K60N512 核心板上 包含一颗 50 MHz 有源晶振作为 MCU 主时钟输入。但是当 K60 以太网工作在 RMII 模式时, MCU 输入时钟和 50 MHz RMII 收发器时钟必须同步。因此,CFKUEVK-K60N512 核心板 提供 MCU 主时钟来源二选一: CLKIN0 一路由 50 MHz 有源晶振输入,一路将 CLKIN0 引出到金手指,由接口板上以太网模块时钟提供。 3. 电源 * 系统主电源 CFKUEVK-K60N512 核心板主电源(3.3V)由金手指接口接外部电源输入。MCU 3.3V 由主电源(3.3V)通过磁珠(L1)滤波得到。 * RTC 电源 VBAT K60 实时时钟模块(RTC)的运行分为系统上电运行和断电运行两种情况。当系统断 电后,RTC 由后备电源(VBAT)供电。CFKUEVK-BASE 接口板上包含了一个纽扣电池座, 支持 20mm 直径,3V 锂电池(如 2032,2025)作为 RTC VBAT 电源输入。 4. 调试接口 开发板采用 JTAG 调试接口。烧录接口集成在 CFKUEVK-BASE 接口板上,支持两 种 烧 录 方 式: 一 是 板 载 OSBDM(OSJTAG) 调 试 电 路, 二 是 预 留 了 一 个 20 针 Cortex Debug+ETM 连接器用于连接外部烧录器。 * OSJTAG OSJTAG 是 Pemicro 开源的调试下载电路,CFKUEVK-BASE 接口板上集成了针对 64 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 Kinetis 的 OSJTAG 电路,为烧录 K60N512 提供了接口。它在一个 USB 接口中集成了调试 下载和 USB 转串口两种功能。只需要一条 USB 线就能对 MCU 进行烧录并通过上位机终端 工具进行调试。 5. 外部总线 Kinetis MCU 外 部 总 线(EBI) 又 叫 FlexBus, 是 一 种 多 功 能 的 外 部 总 线 接 口, 用 于扩展从设备,如 LCD 等。开发板并未直接配置 FlexBus 外设,但所有信号都已连接到 CFKUEVK-BASE 接口板上的扩展接口,用户可自行开发。 6. 金手指接口 CFKUEVK-K60N512 核心板金手指接口包含所有 MCU 功能 IO,用于与接口板上 DDR2 插座进行连接。 4.1.3 跳线配置 CFKUEVK-K60N512 核心板上有一些非功能性的零欧电阻作为跳线,用于配置选择和 方便信号隔离。参照下表,星号为默认配置。 表 4-1 CFKUEVK-K60N512 跳线配置 跳线 / 电阻 功能 配置 描述 R94/R122 时钟 Clockin 选择 R94 *R122* 连接板载外部 50MHz 晶振 连接金手指接口信号输入的外部时钟 4.1.4 接口板外设管脚分配 下表为 CFKUEVK-K60N512 IO 核心板 IO 信号与 CFKUEVK-BASE 接口板各外设模块 的管脚连接分配。 注意:部分管脚为复用功能,评估时需注意避免不同功能外设同时连接。 表 4-2 CFKUEVK-K60N512 外设管脚分配 外设模块 功能 / 管脚 MCU 端口 OSJTAG USB 转串口 OSJTAG Bridge RX Data OSJTAG Bridge TX Data PTE9 PTE8 MCU 管脚功能 UART5_RX UART5_TX 65 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 外设模块 SD 卡座 红外收发 物理按键 触摸按键 LED 灯 变阻器 加速计 功能 / 管脚 SD Clock SD Command SD Data0 SD Data1 SD Data2 SD Data3 SD Card Detect SD Write Protect 红外发送 (D1) 红外接收 (Q1) SW1 (IRQ0) SW2 (IRQ1) SW3 (RESET) E1 / Touch E2 / Touch E3 / Touch E4 / Touch E1 / Orange LED E2 / Yellow LED E3 / Green LED E4 / Blue LED Potentiometer (R71) I2C SDA I2C SCL INT1 INT2 MCU 端口 PTE2 PTE3 PTE1 PTE0 PTE5 PTE4 PTE28 PTE27 PTD7 PTC6 PTA19 PTE26 RESET_b PTA4 PTB3 PTB2 PTB16 PTA11 PTA28 PTA29 PTA10 ADC1_DM1 PTD9 PTD8 PTB4 PTB7 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 MCU 管脚功能 SDHC0_DCLK SDHC0_CMD SDHC0_D0 SDHC0_D1 SDHC0_D2 SDHC0_D3 PTE28 PTE27 CMT_IRO CMP0_IN0 PTA19 PTE26 RESET_b TSI0_CH5 TSI0_CH8 TSI0_CH7 TSI0_CH9 PTA11 PTA28 PTA29 PTA10 ADC1_DM1 I2C0_SDA I2C0_SCL IRQ1 IRQ2 66 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 外设模块 功能 / 管脚 TWRPI AN0 (J4 Pin 8) TWRPI AN1 (J4 Pin 9) TWRPI AN2 (J4 Pin 12) TWRPI ID0 (J4 Pin 17) TWRPI ID1 (J4 Pin 18) TWRPI I2C SCL (J5 Pin 3) TWRPI I2C SDA (J5 Pin 4) GPIO 扩展插座 TWRPI SPI MISO (J5 Pin 9) TWRPI SPI MOSI (J5 Pin 10) TWRPI SPI SS (J5 Pin 11) TWRPI SPI CLK (J5 Pin 12) TWRPI GPIO0 (J5 Pin 15) TWRPI GPIO1 (J5 Pin 16) TWRPI GPIO2 (J5 Pin 17) TWRPI GPIO3 (J5 Pin 18) TWRPI GPIO4 (J5 Pin 19) Electrode 0 (J3 Pin 3) Electrode 1 (J3 Pin 5) Electrode 2 (J3 Pin 7) Electrode 3 (J3 Pin 8) Electrode 4 (J3 Pin 9) Electrode 5 (J3 Pin 10) TSI 扩展插座 Electrode 6 (J3 Pin 11) Electrode 7 (J3 Pin 12) Electrode 8 (J3 Pin 13) Electrode 9 (J3 Pin 14) Electrode 10 (J3 Pin 15) Electrode 11 (J3 Pin 16) TWRPI ID0 (J3 Pin 17) TWRPI ID1 (J3 Pin 18) CAN CANRX CANTX USB_DP USB USB_DM MCU 端口 PTD8 PTD9 PTD14 PTD13 PTD15 PTD12 PTD10 PTB8 PTB9 PTA19 PTE26 PTB0 PTB1 PTB2 PTB3 PTC0 PTC1 PTC2 PTA4 PTB16 PTB17 PTB18 PTB19 PTC16 PTC17 USB0_DP USB0_DM 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 MCU 管脚功能 ADC0_DP0 ADC0_DM0/ADC1_DM3 ADC1_DP0/ADC0_DP3 ADC0_DP1 ADC0_DM1 I2C0_SCL I2C0_SDA SPI2_SIN SPI2_SOUT SPI2_PCS0 SPI2_SCK PTD10 PTB8 PTB9 PTA19 PTE26 TSI0_CH0 TSI0_CH6 TSI0_CH7 TSI0_CH8 TSI0_CH13 TSI0_CH14 TSI0_CH15 TSI0_CH5 TSI0_CH9 TSI0_CH10 TSI0_CH11 TSI0_CH12 ADC1_DP1 ADC1_SE16 CAN1_RX CAN1_TX USB0_DP USB0_DM 67 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 外设模块 RS232/485 以太网 (RMII) JTAG 插座 功能 / 管脚 RXD TXD RTS CTS ETH_COL ETH_RXER ETH_TXCLK ETH_TXEN ETH_TXER ETH_TXD3 ETH_TXD2 ETH_TXD1 ETH_TXD0 ETH_CRS ETH_MDC ETH_MDIO ETH_RXCLK ETH_RXDV ETH_RXD3 ETH_RXD2 ETH_RXD1 ETH_RXD0 TMS/SWDIO (J11 pin2) TCK/SWCLK (J11 pin4) TDO/SWO (J11 pin6) TDI (J11 pin8) EZP_CSR_B (J11 pin9) nRESET (J11 pin10) TRACECLK (J11 pin12) TRACEDATA[0] (J11 pin14) TRACEDATA[1] (J11 pin16) TRACEDATA[1] (J11 pin18) TRACEDATA[1] (J11 pin20) MCU 端口 PTE9 PTE8 PTE11 PTE10 PTA15 PTA17 PTA16 PTB1 PTB0 PTA14 PTA12 PTA13 PTA3 PTA0 PTA2 PTA1 PTA4 RESET_b PTA6 PTA10 PTA9 PTA8 PTA7 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 MCU 管脚功能 UART5_RX UART5_TX UART1_RTS_B UART1_CTS_B ETH_TXEN ETH_TXD1 ETH_TXD0 ETH_MDC ETH_MDIO ETH_RXDV ETH_RXD1 ETH_RXD0 TMS TCK/EZP_CLK TDO/EZP_DO TDI/EZP_DI EZP_CS_B RESET_b TRACE_CLKOUT TRACED0 TRACED1 TRACED2 TRACED3 4.1.5 金手指接口管脚分配 68 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 下表为 CFKUEVK-K60N512 核心板金手指接口的与 MCU 信号的管脚连接分配。 表 4-3 CFKUEVK-K60N512 金手指接口管脚分配 管脚 序号 背面(MCU 面为正面) 管脚 功能 序号 MCU 连接 正面(MCU 面为正面) 功能 MCU 连接 2 5V 5.0V Power 1 5V 5.0V Power 4 GND Ground 3 GND Ground 6 3.3V 3.3V Power 5 8 ELE_PS_SENSE Power Sense 7 10 GND Ground 9 3.3V 3.3V GND 3.3V Power 3.3V Power Ground 12 GND Ground 11 GND Ground 14 SDHC_CLK/SPI1_CLK PTE2 13 SCL0 PTD8 16 SDHC_D3/SPI1_CS1_b 15 SDA0 PTD9 18 SDHC_D3/SPI1_CS0_b 20 SDHC_CMD/SPI1_ MOSI 22 SDHC_D0/SPI1_MISO PTE4 PTE1 PTE3 17 GPIO9/CTS1 19 GPIO8/SDHC_D2 21 GPIO7/SD_WP_DET PTE10 PTE5 PTE27 24 ETH_COL 23 ETH_CRS 26 ETH_RXER PTA5 25 ETH_MDC PTB1 28 ETH_TXCLK 27 ETH_MDIO PTB0 30 ETH_TXEN PTA15 29 ETH_RXCLK 32 ETH_TXER 31 ETH_RXDV PTA14 34 ETH_TXD3 33 ETH_RXD3 36 ETH_TXD2 35 ETH_RXD2 38 ETH_TXD1 PTA17 37 ETH_RXD1 PTA12 40 ETH_TXD0 PTA16 39 ETH_RXD0 PTA13 42 GPIO1/RTS1 PTE11 41 SSI_MCLK PTE6 44 GPIO2/SDHC_D1 PTE0 43 SSI_BCLK PTE12 46 GPIO3 PTE28 45 SSI_FS 48 CLKIN0 PTA18 47 SSI_RXD PTE7 50 CLKOUT1 PTE26 49 SSI_TXD PTE10 69 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 管脚 序号 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 背面(MCU 面为正面) 管脚 功能 序号 MCU 连接 GND Ground 51 AN7 PTB7 53 AN6 PTB6 55 AN5 PTB5 57 AN4 PTB4 59 GND Ground 61 DAC1 DAC1_OUT 63 TMR3 65 TMR2 PTD6 67 GPIO4 PTB8 69 3.3V 3.3V Power 71 PWM7 PTA2 73 PWM6 PTA1 75 PWM5 PTD5 77 PWM4 PTD7 79 CANRX0 PTC16 81 CANTX0 PTC17 83 1WIRE 85 SPI0_MISO PTD14 87 SPI0_MOSI PTD13 89 SPI0_CS0_b PTD11 91 SPI0_CS1_b PTD15 93 SPI0_CLK PTD12 95 GND Ground 97 SCL1 PTD8 99 SDA1 PTD9 101 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 正面(MCU 面为正面) 功能 MCU 连接 GND Ground AN3 ADC0_DP0 AN2 ADC0_DM0 AN1 ADC1_DP0 AN0 ADC1_DM0 GND Ground DAC0 DAC0_Out TMR1 DAC0_Out TMR0 PTA9 GPIO6 PTA8 3.3V 3.3V Power PWM3 PTA6 PWM2 PTC3 PWM1 PTC2 PWM0 PTC1 RXD0 PTA1 TXD0 PTA2 RXD1 PTE9 TXD1 PTE8 VSS VSSA VDDA VDDA VREFA1 VREFH VREFA2 VREFL GND Ground GPIO14 GPIO15 70 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 管脚 序号 背面(MCU 面为正面) 管脚 功能 序号 MCU 连接 104 GPIO5/SD_CARD_DET PTE28 103 106 USB0_DP_PDOWN 105 108 USB0_DM_PDOWN 107 110 IRQ_H PTB4 109 112 IRQ_G PTB4 111 114 IRQ_F PTB5 113 116 IRQ_E PTB5 115 118 IRQ_D PTB6 117 120 IRQ_C PTB6 119 122 IRQ_B PTB7 121 124 IRQ_A PTB7 123 126 EBI_ALE/EBI_CS1_b PTD0 125 128 EBI_CS0_b PTD1 127 130 GND Ground 129 132 EBI_AD15 PTB18 131 134 EBI_AD16 PTB17 133 136 EBI_AD17 PTB16 135 138 EBI_AD18 PTB11 137 140 EBI_AD19 PTB10 139 142 EBI_R/W_b PTC11 141 144 EBI_OE_b PTB19 143 146 EBI_D7 PTB20 145 148 EBI_D6 PTB21 147 150 EBI_D5 PTB22 149 152 EBI_D4 PTB23 151 154 EBI_D3 PTC12 153 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 正面(MCU 面为正面) 功能 MCU 连接 GPIO16 GPIO17 USB0_DM USB0_D USB0_DP USB0_D USB0_ID USB0_VBUS VREGIN TMR7 TMR6 TMR5 TMR4 RSTIN_b RESET_B RSTOUT_b PTB8 CLKOUT0 PTC3 GND Ground EBI_AD14 PTC0 EBI_AD13 PTC1 EBI_AD12 PTC2 EBI_AD11 PTC3 EBI_AD10 PTC4 EBI_AD9 PTC5 EBI_AD8 PTC6 EBI_AD7 PTC7 EBI_AD6 PTC8 EBI_AD5 PTC9 EBI_AD4 PTC10 EBI_AD3 PTD2 71 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 管脚 序号 背面(MCU 面为正面) 管脚 功能 序号 MCU 连接 正面(MCU 面为正面) 功能 MCU 连接 156 EBI_D2 PTC13 155 EBI_AD2 PTD4 158 EBI_D1 PTC14 157 EBI_AD1 PTD5 160 EBI_D0 PTC15 159 EBI_AD0 PTD6 162 GND Ground 161 GND Ground 164 3.3V 3.3V Power 163 3.3V 3.3V Power 166 VBAT VBAT 165 TRACE_CLKOUT/ ULPI_CLK PTA6 168 TCK/EZP_CLK PTA0 167 TRACE_D3/ULPI_DIR PTA7 170 TDI/EZP_DI PTA1 169 TRACE_D2/ULPI_NXT PTA8 172 TDO/EZP_DO 174 TMS 176 EZP_CS_B/TSI0_CH5 PTA2 PTA3 PTA4 171 TRACE_D1/ULPI_STP TRACE_D0/ULPI_DATA 173 0 175 ULPI_DATA1 PTA9 PTA10 PTA11 178 ULPI_DATA5 PTA27 177 ULPI_DATA2 PTA24 180 ULPI_DATA6 PTA28 179 ULPI_DATA3 PTA25 182 ULPI_DATA7 PTA29 181 ULPI_DATA4 PTA26 184 PUSH_BUTTOM1 PTA19 183 GPIO18/IRQ PTD10 186 PUSH_BUTTOM0 PTE26 185 GND Ground 188 IRDA_CMP0_IN0 PTC6 187 AN13 ADC0_SE16 190 IRDA_CMT_IRO 192 TS_TCH_I2C_SCL/ TSI0_CH7 194 TS_TCH_I2C_SDA/ TSI0_CH8 196 Standby PTD7 189 PTB2 191 PTB3 193 PTC18 195 AN12 AN11 AN10 AN9 ADC1_SE16 ADC0_DP1 ADC0_DM1 ADC1_DP1 198 Standby PTC19 197 AN8 ADC1_DM1 200 GND Ground 199 GND Ground 4.2 CFKUEVK-BASE 接口板 4.2.1 概述 72 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 CFKUEVK-BASE 接口板是 CFKUEVK-KIT 开发套件的一部分,它集成了丰富的外设模 块(CAN, USB,SD 卡 , 以太网等),通过与不同 MCU 型号的核心板连接组成开发套件, 可用于评估 Kinetis K10,K20 和 K60 系列 MCU。 核心板与接口板通过 DDR2 金手指插卡方式连接,如图 4-3 所示。 图 4-3 CFKUEVK-BASE 接口板外观及主要参数 4.2.2 硬件介绍 CFKUEVK-BASE 接口板包含丰富的外设,通过 DDR2 插座与 MCU 信号相连,可直 接用于对 Kinetis MCU 的评估开发。同时板上预留了扩展接口,可以对 MCU 信号进行任 意扩展。此外,还板载了一个调试下载电路 OSBDM,通过一条 USB 线就能对 MCU 进行 烧录调试,无需额外的仿真器。下图展示了详细的硬件构成信息。 73 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 图 4-4 CFKUEVK-BASE 接口板硬件框图 1. 主要接口 CFKUEVK-BASE 接口板主要功能模块接口如下,参考图 4-5: * 板与板连接器(SKT1),用于连接核心板; * 板载 OSBDM 调试下载电路; * 一个 Touch IO 扩展插座(J3); * 两个 GPIO 扩展插座(J4&J5); * 三轴加速计 MMA8452Q(U5); * 四个电容式触摸按键; * 四个 GPIO LED 灯(D7,D8,D11,D12); * 两个 GPIO 按键(SW1,SW2); * 一个复位按键(SW3); * 一个变阻器(R52); 74 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 * 一个纽扣电池座(BT1); * 一个 SD 卡座(J15);  * 两个 USB 接口,一个连接到 MCU USB 控制器,支持 HOST,Device,OTG 三种模式, 另一个为 OSBDM 调试端口,连接 OSBDM JM60 MCU(J13); * 一个 10/100 Mbps 以太网口,支持 MII/RMII 两种模式(J39); * 一个 DB9 接口,RS232&RS485 共用(J34); * 一路 CAN 收发(J43); * 四个扩展插座(背面),与 SKT1 pin to pin 兼容,用于扩展 MCU 信号。 图 4-5 CFKUEVK-BASE 接口板主要功能接口 75 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 2. 系统电源 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 系统采用 5V 作为主输入电源,有三种来源方式:第一种由 USB(OSBDM)接口(J13) 提供;第二种由烧录器提供,通过调试插座(J11)输入(需要将 J12 跳线帽接上);第三 种由 DC 5V 电源插座(J25)提供。当多个输入同时作用时,系统会自动关断 J13 输入电源。 3.3V 电源由 5V 通过 LDO 转换得到。 3. 调试接口 开发板提供两种 MCU 调试下载方式:一是采用接口板板载 OSBDM 调试电路直接对 MCU 进行烧录,二是通过接口板上 20 针 JTAG 插座外接仿真器(J11)对 MCU 进行烧录。 * OSBDM OSBDM 是 Pemicro 开源的调试下载电路,CFKUEVK-BASE 接口板上集成了专门针 对 Kinetis 的 OSBDM 电路,为烧录 K60N512 提供了接口。它在一个 USB 接口中集成了 调试下载和 USB 转串口两种功能。只需连接 USB(OSBDM)接口(J13)就能对 MCU 进 行烧录并通过上位机终端工具进行调试。相关驱动程序及工具包含在开发板配套光盘中。 * Cortex Debug+ETM 插座 接口板上还包含一个 20pin Cortex Debug+ETM 插座(J11)用于连接外部烧录器。 4. 红外接口 接口板板载红外收发电路如图 4-6 所示。发射端 CMT_IRO 管脚直接驱动红外发射管。 接收端采用一颗光电三极管经低通滤波器连接到一路模拟比较器。MCU 内部,比较器输出 可以连接到 UART 模块,方便对接收数据进行处理。 76 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 图 4-6 红外收发原理图 5. 加速计 接口板板载一颗 Low-G Sensor MMA8452Q 数字加速计。接到 MCU 一路 I2C,两 个 GPIO/IRQ 中断。 6. 按键,变阻器,LED 接口板上包含两个 GPIO 物理按键,接到 GPIO/IRQ 信号;一个系统复位物理按键; 四个电容式触摸按键;四个 GPIO LED;一个变阻器,中心插头接 MCU 一路单端 ADC 输 入信号。 7. GPIO 扩展插座 CFKUEVK-BASE 接 口 板 包 含 两 个 GPIO 插 座, 用 于 扩 展 I2C,SPI,IRQ,GPIO, 定时器 ,ADC 信号。同时支持连接到一系列飞思卡尔 Tower 扩展模块。如 Sensors, RF transceivers 等。插座管脚配置如表 4-4: 表 4-4 GPIO 插座管脚配置 左侧 2x10 插座(J4) 右侧 2x10 插座(J5) 管脚 功能描述 管脚 功能描述 1 5V VCC 1 2 3.3 V VCC 2 GND GND 77 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 管脚 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 功能描述 GND 3.3V VDDA VSS (Analog GND) VSS (Analog GND) VSS (Analog GND) ADC: Analog 0 ADC: Analog 1 VSS (Analog GND) VSS (Analog GND) ADC: Analog 2 VSS (Analog GND) VSS (Analog GND) GND GND ADC: TWRPI ID 0 ADC: TWRPI ID 1 GND Reset 管脚 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 功能描述 I2C: SCL I2C: SDA GND GND GND GND SPI: MISO SPI: MOSI SPI: SS SPI: CLK GND GND GPIO: GPIO0/IRQ GPIO: GPIO1/IRQ GPIO: GPIO2 GPIO: GPIO3 GPIO: GPIO4/Timer GPIO: GPIO5/Timer 8. 电容式触摸按键 Kinetis MCU 集成了高精度,高稳定性的电容式触摸检测(TSI)模块。CFKUEVK- KIT 开发板对 TSI 进行两部分扩展。一部分是四个独立的电容式触摸按键,可直接对 TSI 进 行评估; 另一部分接到 TSI 扩展插座,方便用户自行扩展。TSI 扩展插座管脚配置如表 4-5。 表 4-5 Touch IO 插座管脚配置 管脚 功能描述 1 5V VCC 2 3.3 V VCC 3 Electrode 0 4 3.3V VDDA 5 Electrode 1 6 VSS (Analog GND) 7 Electrode 2 8 Electrode 3 78 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 管脚 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 功能描述 Electrode 4 Electrode 5 Electrode 6 Electrode 7 Electrode 8 Electrode 9 Electrode 10 Electrode 11 ADC: TWRPI ID 0 ADC: TWRPI ID 1 GND Reset 9. 以太网 CFKUEVK-BASE 接口板上包含一路 10/100 Mbps 以太网,支持 MII/RMII 两种模式。 两种模式需要配置不同的跳线。以太网 PHY 初始默认为 RMII 启动,表 4-6 展示了默认的 跳线配置。 表 4-6 以太网初始跳线配置 位置 跳线 配置 功能 CFKUEVK-BASE CFKUEVK-BASE CFKUEVK-BASE J30 J29 R343 3-4 2-3 enable 选择以太网 PHY 时钟为 50MHz 输出 50MHz 同步时钟到 MCU 选择工作模式为 RMII 当 K60 以太网工作在 RMII 模式时,以太网收发器时钟需要与 MCU 时钟同步。因此 在此模式下需要将 MCU CLKIN0 时钟输入源选择为以太网 PHY 的 50MHz 时钟。 10. USB CFKUEVK-BASE 接口板 USB 模块通过一个 mini-AB USB 接口,支持对 MCU Host/ Device/OTG 三种模式的评估。不同的模式需要配置不同的跳线。初始状态下,开发板 USB 配置为 HOST 模式。 以 K60N512 为例,K60N512 集成一个 USB 全速 / 低速 OTG/Host/Device 收发器。 核心板 USB D+&D- 信号直接连接到接口板 USB 模块,同时支持由扩展插座连接到其它外 79 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 部 USB 连接器。 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 11. SD 卡 CFKUEVK-BASE 接口板包含一个 SD 卡座,连接到 MCU SDHC 信号,支持 SD 存储 卡以及 SDIO 扩展卡。 12. CAN 收发 CFKUEVK-BASE 接口板包含一路 CAN 收发。 13. RS232/RS485 CFKUEVK-BASE 接口板包含一个 RS232 和 RS485 共用的 DB9 接口,连接到 MCU 一路 UART。 14. 系统状态指示灯 CFKUEVK-BASE 接口板包含五个 LED 灯。 图 4-7 系统状态指示灯 4.2.3 跳线配置 CFKUEVK-BASE 接口板各模块包含不同功能或信号隔离的跳线,方便功能选择和评估 开发。 详细配置参考下表,星号为默认配置。 表 4-7 CFKUEVK-BASE 接口板跳线配置 跳线 功能 选项 描述 ON 连接 PTD7/CMT_IRO/UART0_TX 到红外发送端 J2 红外发送使能 *OFF* 不连接 PTD7/CMT_IRO/UART0_TX 到红外发送端 *1-2* J9 RTC 电源 VBAT 选择 2-3 选择板载 3.3V 为 VBAT 输入源 选择板载 3.3V 与电池中高电压为 VBAT 输入源 80 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 跳线 J10 功能 OSBDM 模式选择 选项 ON *OFF* 描述 OSBDM bootloader 模式 (OSBDM 固件更新时使用 ) 调试模式 ON 连接 JTAG 插座 5V 到板载 5V ( 选择仿真器为电源输入端 ) J12 JTAG 电源选择 *OFF* 不连接 JTAG 插座 5V 到板载 5V ON J16 红外接收使能 *OFF* 连接 PTC6/CMP0_IN0 到红外接收端 不连接 PTC6/CMP0_IN0 到红外接收端 ON J19 变阻器使能 *OFF* 1-2 J29 CLKIN0 选择 2-3 1-2 J30 J30 以太网 PHY 时钟选 择 *3-4* 5-6 *1-2* J31 RS232/485 选择 2-3 1-2 连接 ADC1_DM1 到变阻器 不连接 ADC1_DM1 到变阻器 提供 25MHz 时钟给 CLOCKIN0 提供 50MHz 时钟给 CLOCKIN0 25 MHz 50 MHz CLOCKOUT0 选择 RS232 选择 RS485 连接 RS485 接收使能和驱动使能 3-4 J32 RS232/485 混合选项 5-6 连接 RS485 RX+ 到 TX+; Loopback 连接 RS485 RX- 到 TX-; Loopback 7-8 9-10 *1-2* J33 RS232/485 RX 选择 2-3 1-2 J35 RS232/485 RTS 选择 2-3 连接 ELE_CTS 到 RS232 CTS 提供 5V 到 DB9 pin 6 选择 RS232 选择 RS485 选择 RS232 选择 RS485 1-2 IRQ_H 3-4 J36 Ethernet PHY 中 断 选 择 5-6 IRQ_F IRQ_D 7-8 IRQ_B *1-2* J37 RS232 / RS485 TX 选 择 2-3 选择 RS232 选择 RS485 81 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 跳线 J38 J41 J45 J46 功能 振荡器禁用 CAN 选项 USB 中断选择 USB 模式选择 选项 ON *OFF* 1-2 3-4 *5-6* *7-8* 9-10 1-2 3-4 5-6 7-8 *1-2* 3-4 5-6 描述 禁用振荡器 启用振荡器 使 CAN 收发器进入睡眠模式 连接 Sleep pin 到 CAN pin 连接 MCU RXD pin 到收发器 CANRX pin 连接 MCU TXD pin 到收发器 CANTX pin 加入 120 欧姆终端电阻 IRQ_H IRQ_F IRQ_D IRQ_B Host 模式—提供 5V 电源到 VBUS Device 模式—从 VBUS 得到 5V 电源 OTG 模式—VBUS 由 OTG Charge Pump 控制 ON J49 G-Sensor I2C SDA 使能 *OFF* 连接 I2C SDA 信号到 G-Sensor 不连接 I2C SCL 信号到 G-Sensor ON J50 G-Sensor I2C SCL 使能 连接 I2C SCL 信号到 G-Sensor 不连接 I2C SCL 信号到 G-Sensor ON J51 USB I2C SDA 使能 *OFF* 连接 I2C SDA 信号到 USB OTG change pump 不连接 I2C SDA 信号到 USB OTG change pump ON J52 USB I2C SCL 使能 *OFF* 连接 I2C SCL 信号到 USB OTG change pump 不连接 I2C SCL 信号到 USB OTG change pump *ON* J53 JM60 UART TX 使能 OFF 连接 MCU UART TX 信号到 OSBDM JM60 MCU 不连接 MCU UART TX 信号到 OSBDM JM60 MCU *ON* J54 JM60 UART RX 使能 OFF 连接 MCU UART RX 信号到 OSBDM JM60 MCU 不连接 MCU UART TX 信号到 OSBDM JM60 MCU 82 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 跳线 电阻 功能 选项 R335 R334 R341 R342 以太网 PHY 配置 *R343* R344 R345 R346 R347 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 描述 上拉 PHYAD2:PHY Address 选择 上拉 PHYAD1:PHY Address 选择 下拉 PHYAD0:PHY Address 选择 上拉 CONFIG2:Loopback 选择 上拉 CONFIG0:RMII 模式选择 上拉 ISO:Isolation Mode 选择 下拉 SPEED:10Mbps 选择 下拉 DUPLEX:Half-duplex 选择 下拉 NWAYEN:Disable Auto-Negotiation 4.3 KL25EVK 评估板 4.3.1 概述 中电器材 KL 系列评估板是中电器材自主设计,用于评估和开发飞思卡尔基于 ARM Cortex-M0+ 内核的 Kinetis L 系列 MCU 的一套工具。 KL25EVK 可 用 于 评 估 KL1 和 KL2 系 列 MCU。 该 评 估 板 采 用 的 主 MCU 型 号 为 MKL25Z128VLK4,它的最大运行频率可达 48MHz,集成了 128KB 的 Flash、一个全速 USB 控制器、以及一系列模拟和数字接口。MCU 所有的功能管脚都引出,并配置有相应的 外设。评估板功能丰富,结构简单,方便快速上手与学习 Kinetis 和 ARMCortex-M0+。 83 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 图 4-8 KL25EVK 评估板 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 4.3.2 KL25EVK 主 MCU 介绍 KL25EVK 采 用 的 MCU 具 体 型 号 为:MKLZ128VLK4. 它 属 于 Kinetis KL2 系 列, 80pin,LQFP 封装,包含以下主要参数: * 32 位 ARM Cortex-M0+ 内核 主频达到 48 MHz、 单周期快速访问 I/O 端口; * 存储器: 128 KB flash、 16 KB SRAM; * 系统集成: 电源管理和功耗模式控制器 低漏唤醒单元 位操作引擎 直接内存访问控制器 (DMA) 系统运行监控看门狗定时器 (COP) * 时钟 时钟发生器(FLL,PLL) 4 MHz 和 32 kHz 内部参考时钟 外部晶振时钟输入 低功耗 1kHz RC 振荡器(供 RTC,COP 看门狗定时器使用) * 模拟接口 16-bit SAR ADC (支持 DMA 方式) 12-bit DAC(支持 DMA 方式) 高速比较器 * 通信接口 两路 8 位 SPI USB 控制器(支持 FS/LS 两种模式) 84 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 两路 I2C 一路低功耗 UART 和两路标准 UART * 定时器 一个 6 通道定时器 /PWM 模块 两个 2 通道定时器 /PWM 模块 两通道周期中断定时器(PIT) 实时时钟(RTC) 低功耗定时器(LPT) 系统节拍定时器 * 人机接口(HMI) 通用输入输出控制器(GPIO) 电容式触摸检测硬件模块。 4.3.3 硬件介绍 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 1. 电源 图 4-9 功能接口示意图 整个评估板由 mini-USB 接口(J9)供电。同时,预留了一个纽扣电池座(BT1)作为 85 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 备用电源。 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 2. 调试接口 通过 20 针的标准 ARM 烧录接口(J1)外接烧录器烧写程序,采用 SWD 模式。支持 JLINK,U-Multilink 等烧录器。 3. 时钟 Kinetis KL2 系列 MCU 支持两个输入频率范围 : 32-40 kHz(低频模式), 3-32 MHz(高 频模式)。KL25EVK 上的 KL25Z128VLK4 采用一个外部 8MHz 的晶振(Y2)作为输入。 4. 复位 复位信号(PTA20/Reset_b)外接到按键(SW1)。 5. UART 板载 4 个 UART,3 个为原生串口,一个为 GPIO 模拟串口: UART0(PTD6&PTD7)工作在 ISO7816 模式,外加 GPIO,接 SIM 卡和 ESAM 芯片; UART1(PTE0&PTE1)接到 RS232 接口(J4),做调试串口; UART2(PTD4&PTD5)接到 RS485 接口(J2),实现半双工传输; 两个 GPIO(PTC9&PTC10)接到到 RS232 接口(J3),实现模拟串口。 6. SPI SPI0(PTC4~PTC7),接到 LED 驱动器(U13),驱动 4 个 7 段数码管,采用 DMA 工作方式。SPI1(PTB10,PTB11,PTB16,PTB17),接到 NOR FLASH(U14) 7. I2C I2C0(PTE24&PTE25),接 G Sensor- MMA8452Q(U5)与 EEPROM(U6)。 8. ADC 2 路 16 位 差 分 输 入,1 路 通 过 测 量 密 电 阻 两 端 电 压 差 来 测 量 电 流(ADC0_ DP0&ADC0_DM0),1 路测量互感器差分输出(ADC0_DP3& ADC0_DM3);上述两路 加差分低通滤波器; 86 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 4 路 12 位单端输入,ADC0_SE9 接变阻器(R16)中心插头,ADC0_SE12 接精密电 压基准源(U7);ADC0_SE8&ADC0_SE4b 采样电流和相位(J6,J7);上述 4 路加单端 低通滤波器。 9. DAC& 比较器 1 路单端输出(DAC0_OUT),接单电源运放组成的有源低通滤波器,输出可跳线接 到变阻器电源端。 1 路比较器(CMP0_IN2)输入,接到接插件(J8)。 10. TSI 8 路输入,分 2 部分: 1 部分由 1 路(TSI0_CH8)输入组成,单独实现按键输入,用于休眠模式下设备唤醒; 另 1 部 分 由 7 路(TSI0_CH2,TSI0_CH3,TSI0_CH5,TSI0_CH11,TSI0_CH12, TSI0_CH13,TSI0_CH15)输入组成 3*4 矩阵键盘,实现 0 ~ 9、*、# 数字键盘。 11. GPIO 1 路(PTC16)Run LED 输出,绿灯(D6); 1 路(PTC13)Alarm LED 输出,红灯(D7); 1 路(PTE31)蜂鸣器(BUZ1)输出; 1 路(PTC17)继电器(RL1)输出,驱动 LED 灯(D8); 1 路(PTB9)光耦(U10)输入,触发中断; 1 路(PTC3)按键(SW3)输入,触发中断,用于休眠模式唤醒; 多路(PTE2~PTE5)拨码开关(SW4)输入。 1 路(PTA5)红外遥控器接收头(U15)。 12. PWM TPM0,6 通道输出,接到接插件(J8),接 FSL 的桥驱动器,用于驱动 MOSFET。 4.3.4 软件烧录 以 IAR 开发环境,JLINK 烧录器和 GPIO 例程为例,程序烧录过程如下: 87 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 1. 安装软件 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 * 安装 IAR Embedded Workbench for ARM 开发环境 , 可从 http://www.iar.com/ freescale 下载; * 安装 JLINK 驱动; * 安装串口终端调试软件,如 HyperTerminal,SecureCRT 等。 2. 配置硬件 * 通过串口线连接电脑与评估板的 RS232 调试接口(J4); * 连接 JLINK 烧录器到评估板上的烧录接口(J1); * 通过 mini-USB 线连接电脑与评估板(J9),系统上电,电源指示灯亮。 图 4-10 硬件配置示意图 4.3.5 程序烧录 1. 开启 IAR,开启串口调试工具并打开评估板对应端口; 2. 打开工程“ceacsz_kl25evk_test.eww”,选择项目“kl25evk_gpio_test”; 88 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 3. 选择程序存储位置; 图 4-11 选择项目 4. 选择烧录器; 图 4-12 选择程序存储位置 89 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发板介绍 图 4-13 选择烧录器 5. 点击按钮 6. 点击按钮 7. 点击按钮 进行编译; 进行下载; 运行; 图 4-14 运行 8. 检验运行结果:以一秒为周期,D6,D7,D8 三个 LED 灯交替出现亮灭状态,蜂 鸣器发出嘀嗒声,串口打印信息“Kinetis L series MCU is Working!”。 图 4-15 串口打印信息 90 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 第五章 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 5.1 方案名称:基于 KL25 的超低功耗运动手表 作者: 杨周伟 5.1.1 方案介绍 该方案是一种基于 KL25 开发的运动手表,通过 GPS 模块提供定位的经纬度信息、高 度信息,通过加速度传感器提供步数计算,通过气压计提供大气压力、环境温度和天气预报 功能。 5.1.2 方案原理图 5.1.3 方案关键器件表 图 5-1 超低功耗运动手表方案原理图 型号 MKL25Z128VLH4 MMA8452QR1 MMA8452QT Q13FC1350000400 品牌 Freescale Freescale Freescale Epson 类型 产品描述 MCU Kinetis KL2 USB MCUs 加速度传感器 low g 3-Axis 12bit w/exp vltg 加速度传感器 low g 3-Axis 12bit w/exp vltg 晶体 FC-135 32.768K 12.5PF+/-20PPM 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solutionlist 91 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.2 方案名称:基于 K60 的新无线无源膀胱刺激器 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 李春婵 5.2.1 方案介绍 该方案是一种基于 KL25 的适合高位截瘫患者长期使用的无线无源膀胱压力检测及排尿 刺激系统。系统包括植入式压力检测器、植入式刺激器和体外控制器三部分。本系统可测膀 胱压力范围为 0-140cmH2O,满足临床检测要求。 5.2.2 方案原理图 5.2.3 方案关键器件表 图 5-2 无线无源膀胱刺激器方案原理图 型号 品牌 MKL25Z128VLH4 Freescale MKL25Z128VFM4 Freescale MP3H6115A6U Freescale 类型 MCU MCU 压力传感器 产品描述 Kinetis KL2 USB MCUs 48MHz 128KBFlash 16KBSRAM Kinetis KL2 USB MCUs SSOP INTEG 3 VOLT 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-116.html 92 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 5.3 方案名称:基于 KL25 系列的可燃气体探测器 作者:苏甲申 5.3.1 方案介绍 可燃气体探测器由主控端 KL05 系列 MCU 和日本 NEMOTO 的催化燃烧式可燃气体传 感器,显示模块、按键 / 遥控模块、4-20mA 输出模块、RS485 输出模块、继电器输出模块组成。 探测器通过气压传感器对现场的气体浓度进行探测,当气体浓度达到一定数值时,探测器将 会触动报警,实现对可燃气体探测报警功能。有效的探测可燃气体,一定程度上减少安全隐患。 5.2.2 方案原理图 图 5-3 可燃气体探测器方案原理图 5.3.3 方案关键器件表 型号 品牌 类型 MKL05Z8VFK4 Freescale MCU ISL3172EIBZ Intersil USB 接口 AZ34063UMTR-G1 Freescale DC/DC 转换器 产品描述 48MHz 8KBFlash 1KBSRAM Kinetis KL0 Entry-Level MCUs PB-FREE 8LD SOIC IEC6100-ESD ,-40+85, 3V RS-485 1/2 DUPL 115 Buck/Boost DC-DC Converter AZ1117H-3.3TRE1 Diodes 线性稳压器(LDO) Low Dropout Voltage Regulator AZ1117H-2.5TRE1 Diodes 线性稳压器(LDO) Low Dropout Voltage Regulator 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-126.html 93 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.4 方案名称:基于 K60 移动载具参数检测系统 作者:李潇海 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 5.4.1 方案介绍 该方案设计基于 K60 开发板和自主设计的传感器子板,可检测移动载具的运动参数和 所在环境参数,如温度、湿度、光照、气压、海拔、方向、倾角等,将数据通过以太网传输 至移动载具的媒体中心。通过图形界面软件显示各参数,并以实时 3D 模型显示载具当前姿态。 5.4.2 方案原理图 图 5-4 移动载具参数检测系统方案原理图 5.4.3 方案关键器件表 型号 品牌 类型 MK60DN512ZVLQ10 Freescale MCU MMA8452QT Freescale 加速度传感器 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs low g 3-Axis 12bit w/exp vltg 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-117.html 94 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.5 方案名称:基于 K60 的电能质量分析仪 作者: 王康 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 5.5.1 方案介绍 该方案设计以 ADC+DSP+MCU 结构为平台,以 K60 为核心管理单元部分,包括人机 交互电路及软件、数据存储电路及软件、通信接口电路及软件、开入开出接口、电源及时钟 等。电能质量分析仪可以为电能质量评估提供信息,也可以为指导电力运行人员对电能污染 进行综合治理、改善电能质量提供依据。 5.5.2 方案原理图 5.5.3 方案关键器件表 图 5-5 电能质量分析仪方案原理图 型号 品牌 类型 MK60DN512ZVLQ10 Freescale MCU 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-118.html 95 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 5.6 方案名称:基于 K60 的物联网数据采集器 作者: 张明利 5.6.1 方案介绍 该方案采用 K60 通过 SPI 总线与 RF 通讯,读取电子标签信息,通过 UART 接 口与条码扫描引擎通讯,读取条码标签信息;通过 FlexBus 总线控制 NAND flash, 存储标签信息;还通过蓝牙模块或 GSM 网络将读取的标签信息传送到附近的电脑或 其他终端。 5.6.2 方案原理图 5.6.3 方案关键器件表 图 5-6 物联网数据采集器方案原理图 型号 品牌 类型 MK60DN512ZVLQ10 Freescale MCU 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-122.html 96 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 5.7 方案名称:基于 KL25 的低功耗便携式心电图仪 作者: 陈明雷、曹军 5.7.1 方案介绍 该方案是一种基于 KL25 的便携式心电采集系统,主要实现的功能是心电图的显 示和心率的计算。设计创新性地提出了双导联 心电采集电路,可以完成心电信号的 实时采集与心率的实时计算,并可存储和调用心电数据。 5.7.2 方案原理图 图 5-7 低功耗便携式心电图仪方案原理图 5.7.3 方案关键器件表 型号 MKL25Z128VLK4 品牌 类型 Freescale MCU 产品描述 Kinetis KL2 USB MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-114.html 97 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 5.8 方案名称:基于 KL25 的 MP3 英语学习宝 作者: 金海英 5.8.1 方案介绍 方案是采用主控 KL25 和音频编解码 DSP 芯片组成。主要实现播放录制 MP3 文件,增加麦克风输入的实时叠加输出,从而帮助使用者监控自身发音和原声输出的 差异,从而提升英语说讲能力。 5.8.2 方案原理图 5.8.3 方案关键器件表 图 5-8 MP3 英语学习宝方案原理图 型号 MKL25Z128VLK4 AZ1117H-5.0TRE1 品牌 类型 产品描述 Freescale MCU Kinetis KL2 USB MCUs Diodes 线性稳压器(LDO) Low Dropout Voltage Regulator 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-125.html 98 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.9 方案名称:基于 KL25 系列的 PLC 载波路由器 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 刘义峰 5.9.1 方案介绍 该方案基于飞思卡尔 KL 系列主控芯片,通过 UART 采集 PLC 芯片数据,对其 数据进行处理及有效的管理。PLC 载波路由器主要作用是在主站、集中器等设备的配 合下对一个台区的智能电表进行管理,并可以通过各种组网方式来读取智能电表的有 效数据。 5.9.2 方案原理图 5.9.3 方案关键器件表 图 5-9 PLC 载波路由器方案原理图 型号 MK10DX256VLL7 品牌 类型 Freescale MCU 产品描述 Kinetis 256K 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-128.html 99 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.10 方案名称:基于 KL25 系列自动阀门控制器 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 刘贵平 5.10.1 方案介绍 自动阀门控制器内置温度控制算法,它根据室内温度采集器发送来的开关阀门 指令,开启或关闭电热阀门,通过阀门开关调节用户使用的热水流量,达到对用户室 温的调控。同时,控制器不断累计阀门的总用量,为热量的分摊提供数据。既可以配 套通断时间面积法分摊使用,又可以和室内温度采集器配合调节室温使用。 5.10.2 方案原理图 5.10.3 方案关键器件表 图 5-10 自动阀门控制器方案原理图 型号 MKL05Z32VFM4 品牌 类型 Freescale MCU 产品描述 ARM M0+ core, 32k Flash 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-129.html 100 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.11 方案名称:基于 K60 的直放站监控板 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 肖顺进 5.11.1 方案介绍 该方案用于检测直放站输入输出信号强弱,供电情况等参数, 并根据客户需求, 网络具体情况,设置相应的报警门限及巡检,故障修复上报等信息,并通过以太网, 光纤等网络实时上报直放站工作状态,及时通知维护人员,提高网络维护工作效率。 5.11.2 方案原理图 5.11.3 方案关键器件表 图 5-11 直放站监控板方案原理图 型号 品牌 类型 MK60DN512ZVLQ10 Freescale MCU 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-119.html 101 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.12 方案名称:基于 KL25 的智能农场 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 黄辉 何学文 5.12.1 方案介绍 该方案是一种基于 KL25,对空气温湿度的实时检测和显示、并实现自动调节温湿度的 解决方案。本方案可应用于畜牧业养殖业和大棚种植业等。 5.12.2 方案原理图 5.12.3 方案关键器件表 图 5-12 智能农场方案原理图 型号 MKL25Z128VLK4 品牌 类型 Freescale MCU 产品描述 Kinetis KL2 USB MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-120.html 102 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.13 方案名称:基于 K60 的 GPS 定位设备 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 唐伟 5.13.1 方案介绍 该方案是一种基于 K60 开发的 GPS 定位及移动距离测量系统。设计启动之后首先记录 当前位置,记录完毕后,再次启动开始计算现在位置与记录位置的距离。 5.13.2 方案原理图 5.13.3 方案关键器件表 图 5-13 GPS 定位设备方案原理图 型号 品牌 类型 MK60DN512ZVLQ10 Freescale MCU 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-121.html 103 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.14 方案名称:基于 K60 居家养老智能控制系统 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 朱家兴 朱胤杰 5.14.1 方案介绍 该方案利用时钟定时,通过外设触摸屏发出指令,经过 K60 主板后,由输出控制板控 制 16 组家电(电饭煲、收录机、照明灯等)的电源开关。实现家居电器自动控制。 5.14.2 方案原理图 图 5-14 居家养老智能控制系统方案原理图 5.14.3 方案关键器件表 型号 品牌 类型 MK60DN512ZVLQ10 Freescale MCU 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-123.html 104 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.15 方案名称:基于 KL25 系列的智能压力变送器 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 赵长政 5.15.1 方案介绍 智能压力变送器具有高精度,高可靠,体积小,双向通信和自诊断等功能,为工业自 动化控制提供基本数据,检测控制生产过程中压差,流量,液位等工艺数据检测。变送器为 从机接点,DCS 系统通过命令查询当前的压力值和状态信息。压力变送器也可以通过 0-5V 输出直接由 DCS 采集并转换成相应的压力值,同时可以通过接收继电器接点信号接收报警 状态信息。 5.15.2 方案原理图 图 5-15 智能压力变送器原理图 5.15.3 方案关键器件表 型号 品牌 类型 产品描述 MKL15Z128VLH4 Freescale MCU Kinetis KL1 General Purpose MCUs FM24C16A-SO-U-G FM ISL80138IVEAJZ Intersil ISL21070DIH306Z-TK Intersil ISL28213FBZ Intersil ISL21010CFH330Z-TK Intersil ISL3172EIBZ Intersil EEPROM EEPROM 16K-bit 1.7V-5.5V SOP8 线性稳压器(LDO) 4 0 V, L o w Q u i e s c e n t C u r re n t , 150mA LDO, 14LD HTSSOP 电压基准 PbFree,Precision 0.6V Low Volt. FGA References +/-1%, -40to+ 运算放大器 ISL28213FBZ Pb-Free Dual General Purpose Micropower, RRIO Op 电压基准 PbFree,Precision 3.00V Low Volt. Bandgap References,0.2%,-40 USB 接口 PB-FREE 8LD SOIC IEC6100-ESD ,-40+85, 3V RS-485 1/2 DUPL 115 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-127.html 105 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.16 方案名称:基于 K60 系列的便携式文件浏览器 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 邝帮辉 5.16.1 方案介绍 便携式文件浏览器是一种集人机界面, ucos-II 操作系统,ZnFAT 文件系统于一体的 触摸屏浏览器,可以方便用户读取存储在 SD 卡中的文件与图片,并在液晶屏上显示出来 , 方便用户进行浏览和查看。方案充分展示了 PDA 产品常用的几个主要核心部件,为产品的 二次开发提供很好的平台。 5.16.2 方案原理图 图 5-16 便携式文件浏览器方案原理图 5.16.3 方案关键器件表 型号 MK60DN512ZVLL10 AZ1117H-3.3TRE1 品牌 Freescale Diodes 类型 产品描述 MCU Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs 线性稳压器(LDO) Low Dropout Voltage Regulator AZ1117H-2.5TRE1 Diodes 线性稳压器(LDO) Low Dropout Voltage Regulator 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-130.html 106 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 5.17 方案名称:基于 KL25 系列的地震检波器实时 MCU 处理及显示系统器 作者: 龚黎明 5.17.1 方案介绍 低功耗地震波采集系统由低功耗 KL25 MCU,地震检波器,信号处理板,蓝牙收发组件, PC 端的 MATLAB 图形处理界面组成。采用对微弱地震信号的实时采集以及非实时采集和高 性能 DMA 采集等三种采集模式,对地震波信号的采集和传输以及显示和保存,并且预留另 外两种采集模式的编程接口,充分利用了 KL25 的片上资源以及飞思卡尔最有特色的模块。 5.17.2 方案原理图 图 5-17 地震检波器实时 MCU 处理及显示系统器方案原理图 5.17.3 方案关键器件表 型号 品牌 类型 产品描述 MKL25Z128VLH4 Freescale MCU Kinetis KL2 USB MCUs AZ34063UMTR-G1 Piodes DC/DC 转换器 Buck/Boost DC-DC Converter AZ1117H-2.5TRE1 Diodes 线性稳压器(LDO) Low Dropout Voltage Regulator AZ1117H-3.3TRE1 Diodes 线性稳压器(LDO) Low Dropout Voltage Regulator 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-131.html 107 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.18 方案名称:基于 K60 的图形调试电机系统 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 何智海 5.18.1 方案介绍 通过 K60 作为控制器,控制三相 BLDC,通过人机调试电机界面,可多方位,通过图 形显示直观调试电机。利用 K60 的 FTM 模块实现 PWM、CAP 捕获测速、定时时基、CAN 通信等,配合上位机调试面,直观调试电机,极大方便找到 PI 控制器曲线,进而确定 PI 参数。 并实时监控,记录电机工作信息。 5.18.2 方案原理图 图 5-18 图形调试电机系统方案原理图 5.18.3 方案关键器件表 型号 品牌 类型 MK60DN512ZVLQ10 Freescale MCU 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-132.html 108 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.19 方案名称:基于 KL25 的便携式气象仪 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 李韦延 5.19.1 方案介绍 便携式气象仪采用低功耗的 Kinetis L 系列 MKL25Z128VLK4 MCU,由风速、风向、 气压、温度、光照度、湿度传感器和主控制板组成,数据通过 LCD 显示出来,12V 蓄电池供电。 方案小型,便携。 5.19.2 方案原理图 5.19.3 方案关键器件表 图 5-19 便携式气象仪方案原理图 型号 MKL25Z128VLK4 品牌 类型 Freescale MCU 产品描述 Kinetis KL2 USB MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-133.html 109 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.20 方案名称:基于 K60 的 webserver 图像监控系统 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 王舆 罗双 5.20.1 方案介绍 基于 K60 系列微控制器的 webserver 图像监控系统由摄像头采集图像信息并通过 webserver 发布到网络,使得使用者能够方便的对监控内容进行查看。设计中通过网络的访 问方式贴合了物联网发展的趋势。 5.20.2 方案原理图 图 5-20 webserver 图像监控系统方案原理图 5.20.3 方案关键器件表 型号 品牌 类型 MK60DN512ZVLQ10 Freescale MCU 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-134.html 110 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 5.21 方案名称:基于 KL25 的太阳能蓝牙触摸键盘 飞思卡尔 MCU 大奖赛获奖作品 作者: 赵武敏 5.21.1 方案介绍 太阳能蓝牙触摸键盘采用 KL25 作为主控控制 TP 及 BT 模块进行蓝牙键盘功能实现 , 太阳能模块在相应光照下对系统进行供电以及电池充电 , 在弱光状态下自动切换成电池供电 , 并且带有 USB 接口对电池充电 , 以及对移动设备充电。 5.21.2 方案原理图 图 5-21 太阳能蓝牙触摸键盘原理图 5.21.3 方案关键器件表 型号 MKL25Z128VLK4 PK20DX128VFM5 MMA8451QT AP3031KTR-G1 AZV832MTR-G1 品牌 Freescale Freescale Freescale Diodes 类型 MCU MCU 加速度传感器 LCD 驱动器 产品描述 Kinetis K60 Ethernet Crypto 100 MHz MCUs Kinetis K20 USB 50 MHz MCUs Xtrinsic 3-Axis, 14-bit Accelerometer Small Panel Boost LED Driver Diodes 运算放大器 Operational Amplifier 方案相关链接:http://www.iceasy.com/solution-135.html 111 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 第 六 章 飞思卡尔 MCU 开发百问 Q1.  问:飞思卡尔的 Kinetis KL 系列 MCU 的特点 ? 答:它采用 32 位 ARM Cortex-M0+ 内核,与最接近的 8/16 位架构相比, CoreMark/mA 能效得分高 2 倍;内部的 LPUART、SPI、I2C、ADC 和 LP 定时 器和 DMA 支持低功耗模式运行,无需唤醒内核;多达 28 个可控 GPIO,支持引 脚中断;内部的 LPTMR 低功耗定时器能够在除 VLLS0 外的所有功率模式下运行 ; 内部带有 12 位 AD; 具体信息你可以到 http://www.freescale.com/zh-Hans/ webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=KL02 查看。 Q2. 问:飞思卡尔的 M0+ MCU 与 NXP 的 M0+MCU 有哪些区别与优势?   答:飞思卡尔是第一个推出 m0+ 的 MCU 的,没有基于 M0 核的 MCU,主频可达 48MHz,还有更高的主频推出;NXP 的产品大部分都是 M0 的,只有 LPC81x 是基于 M0+ 的,主频最高 30M; 另外 Freescale 的功耗模式更加丰富,可以根据 不同的应用工作选择不同的模式, 还有就是外设丰富,低功耗的外设可独立工作, 低功耗的 DMA, 支持位寻址的 BME 等。 Q3.  问:飞思卡尔的 MCU 的优势在哪里?模拟方面的抗干扰性如何?  答:针对不同的应用,飞思卡尔都有非常全的 MCU 产品列表可以支持;可以根据不同 要求满足低功耗,高性能,高可靠性等应用要求,MCU 内部集成的模拟外设具有 很好的抗干扰性。同时,飞思卡尔的分立模拟器件本身的 EMC/ESD 性能也非常好 ,可以满足汽车、工业及消费类应用。 Q4.  问:Kinetis L 系列 MCU 与同类产品比较的主要特点及优势?   答:最大的优势是高能效,适合需要一定运算和数据处理的应用下具有非常好的功耗, 另外我们提供很多产品组合,L 系列也是 Freescale ARM 平台的入门级产品 。 Q5.  问:飞思卡尔的 MCU 器件在设计时,增加了抗静电的器件或工艺了吗? 112 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问   答:是的,器件在开发的时候,充分考虑了抗静电的能力,这一点可以在产品手册中找 到具体的参数。 Q6. 问:飞思卡尔有没有适合玩具机器人使用的电机驱动芯片,瞄准低成本多通道,驱动 舵机的?  答: Freescale 提供多款电机驱动芯片,包含多个通道,单片芯片能驱动 1~2 个直流 电机。请参考官方网站。http://www.freescale.com/zh-Hans/webapp/sps/ site/homepage.jsp?code=MOTORCONTROLHOME Q7. 问:飞思卡尔 Kinetis 系列 MCU 可以使用任何 zigbee 协议栈吗?  答: 这取决于协议栈的大小,目前 L 系列最大的容量是 256K flash 32K SRAM 可以 放下一部分小的比如 ZigBee Lighting 等。 Q8. 问:KinetisL 系列 MCU 在物联网应用中有什么优势?   答:具有低功耗,高性能的优势,同时采用的是比较高效的 ARM Cortex M0+ 的内 核以及智能强大的外设,使它更容易用于物联网。 Q9. 问:在无创伤手腕式血压监测应用上 KinetisL 产品有什么优势?采用反射式的双波长 传感器来与它的 ADC 接口连接测量的参考电路如何设计?  答:对于电池供电产品,KL 最大的优势就是高能效兼顾高性能。具体设计可以联系飞 思卡尔的分销商或者 FAE。 Q10. 问:KinetisK/L 系列的 16 位 ADC 确实有特色,它的转换速率是多少? ADC 的 VREF 可改变吗?   答:16bit 无硬件平均、连续转换使能速率在 37.037~ 461.467ksps, 具体可以参考 KL 系列 datasheet。 Q11. 问:飞思卡尔 Kinetis 系列的 MCU 有可以支持操作系统的吗?  答:有 ,Kinetis L 系列可以支持飞思卡尔的 MQX-Lite 操作系统 , 而 Kinetis K 系列 113 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com - 则支持 MQX,它们都是免费的 , 不需要移植。 飞思卡尔 MCU 开发百问 Q12. 问:K 和 L 系列的 MCU 是不是兼容的?有什么区别?  答:L 系列完全兼容 K 系列。K 系列采用 ARM-MV7 架构,L 系列采用 ARM-Mv6 架 构,两款芯片的支持的汇编指令集不一样,但是 L 系列采用 M0+ 内核,与 ARM-MV7 兼容。 Q13. 问:MKL 系列内部温度传感器的数值有偏差,如何解决?   答:MKL 系列的温度传感器采用的是 AD 转换,需要物理量回归,回归的公式可以 参考 K60 芯片手册,需要在使用之前对 AD 进行校验,如果有偏差可以参考芯片 手册里面 ADCOFS 寄存器的使用。 Q14. 问:由于现在大学基本上学的还是 51 系列、pic 系统的单片机,而 Kinetis L 系列 是基于 ARM 的,该系列对于这些大学生来说,怎样才能更好的学会对 KinetisL 的开发?  答:L 系列是一个入门级的 MCU,很容易学习和上手,并且 freescale 提供了很多 例程和文档,可以在飞思卡尔官网找到很多资料。 Q15. 问:KL 系列的 MCU 和 HCS08 系列的 MCU 相比,哪个稳定性更好?  答:稳定性一样好,L 系列是 32 位产品,性能更好 。 Q16. 问:介绍下 Kinetis K/L 系列 MCU 的开发环境?  答:支持常用开发工具,如 IAR,keil,Codewarrior 等。 Q17. 问:适合手工焊接的,低功耗低成本已经量产的,对 flash 以及外设没有要求的型号 是哪款?  答:可以参考 MKL04Z8VLC4 。 Q18. 问:Kinetis 系列 MCU 提供了哪些产品安全性能方面的保护? 114 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com  答:支持内部 flash 及 eeprom 的 protect 和 secure 。 飞思卡尔 MCU 开发百问 Q19. 问:飞思卡尔 Kinetis 系列的 MCU 最小封装是多大?   答:目前最小的 KL02 WLCSP 封装 1.9mmx2mm,是世界上最小的 ARM 芯片,具 体价格和性能指标可以到 freescale 网站去查看 。 Q20. 问:我需要串口 2 个,AD 采样,和三五个 IO,低功耗,请问有什么性价比高的新片 推荐吗 ?  答:请参考 MKL14Z32VFM4。 Q21. 问:可否介绍下 Cortex-M0+ 和 M3 最大区别 ?  答:2 种不同的内核面向 2 种不同的应用方向。M0+ 是可以是 8,16 位的入门替代, 在性能和功耗上得到很好的权衡,M3 以及 freescale 的 M4 主要是针对高新能的 应用场合,内部模块及借口丰富。 Q22. 问:KinetisL 系列产品有无针对物联网应用的?主要在那些具体方面?   答:目前的应用包括医疗电子的血压计等,工业类的气表水表,消费类的游戏控制器 和高端鼠标等,长期看,基本上所有的原先 8 位 16 位市场都能用的市场。 Q23. 问:如果用 M0 直接替换 8051,其 pin 脚相同吗?   答:不兼容的,需要重新设计 pcb。 Q24. 问:关于飞思卡尔的 Kinetis MCU 学习,有没有好的入门书介绍两本?  答:《嵌入式技术基础与实践》(第 2 版)ISBN 978-70-02-24913-9,《嵌入式系 统原理与实践——ARM Cortex-M4 Kinetis 微控制器》ISBN 978-7-12115822-3,《嵌入式技术基础与实践(第 3 版)——ARM Cortex—M0+Kinetis L 系列微控制器 》ISBN 978-7-302-33366-1。 Q25. 问:什么是“片上 trace”功能? 115 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问  答:通过 trace 接口,可以实时获得调试的数据。从而加快客户调试的进度。 Q26. 问:飞思卡尔在医疗保健物联网是否有 total solution ?在医疗保健物联网的优势产 品有哪些 ?  答: 目前对于物联网还没有完整的 Solution,但是可以通过现有的一些方案整合, 如医疗的方案,Zigbee 的方案。优势产品应该是 Zigbee,还有集成了 AFE 的 MCU。 Q27 问:对于蓝牙、Zigbee 和 WiFi 三种无线连接,现在哪一种应用比较广泛呢?  答:对于便携式的医疗产品,基于 Zigbee 的目前有很多, 因为功耗比较有优势; 但是低功耗蓝牙推出很多产品会支持,因为很多便携式设备都具有蓝牙接口 , wifi 因为其功耗较高,相对少 一些。 Q28. 问:KinetisK/L 系列 MCU 片上有哪些资源? 答:以 KL 系列入门级 MCU KL0 为例,带 64 字节缓存的 32 KB 闪存,4 KB RAM, ARM Cortex-M0+ 内核,48 MHz 内核频率,支持完整的电压范围和宽温度范 围 (-40oC 至 +105oC)。位处理引擎,用于改善外设模块的位处理,Thumb 指 令集将高代码密度和 32 位性能结合在一起。4 通道 DMA 用于外设和存储器,可 以降低 CPU 负荷,实现更快的系统吞吐。时钟独立的 COP 可防止时钟时差或代 码失控。12 位 ADC,可配置分辨率、采样时间和转换速度 / 功率集成温度传感 器。带内置 6 位 DAC 的高速比较器 . 支持 DMA 的 12 位 DAC。一个 6 通道和 一个 2 通道 16 位低功耗定时器 PWM 模块,支持 DMA。2 通道 32 位周期中断 定时器为 RTOS 任务调度程序提供时基,或为 ADC 转换提供触发信号源。低功 耗定时器能够在除 VLLS0 外的所有功率模式下运行。带日历的实时实钟。电容式 触摸感应接口支持 16 个外部电极和 DMA 数据传输。GPIO 带引脚中断支持、 DMA 请求功能及其它引脚控制选项。支持 DMA 的 I2C,速率高达 100 kbps, 可与 SMBus V2 特性兼容。支持 DMA 的 LPUART 和 SPI。 Q29. 问:做一个基于 3G 的医疗设备需要用到飞思卡尔哪些器件和技术? 116 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问   答:具体要要看你的设备, freescale 目前高低端的处理器 MCU, 传感器(压力, 加速度 ...), DSP, DSC 处理器,无线产片(zigbee, BT, Sub 1GHz) 都可以使 用,其片内集成的资源符合医疗产品应用 , 可以帮助客户降低成本,freescale 有 很多参考设计,协议栈,都可以加速其产品的开发。 Q30. 问:Freescale 应用于物联网的处理器有哪些?  答:可以有很多选择,如 Kinetis L 系列,Kinetis W 系列 (包含 Zigbee 功能的 MCU),K50(包含 AFE 的 MCU) 。 Q31. 问:M0+ 有可以驱动 TN 玻璃段码显示的内部驱动吗?如有,可以驱动多少位?  答:Kinetis-L (M0+) KL36 可以驱动 47x8 或者 51x4 LCD 面板。 Q32. 问:在物联网应用方面,蓝牙每次都需要配对,而且是点对点的,这实际极大地限制 了其应用,除过 Zigbee,2.4G 是否有其他替代方案呢?   答:蓝牙还不能组网,传输距离也比较近。除了 2.4G, 还有 1GHz 一下的频段, 例如 433MHz, 866M, 915M 等, 飞思卡尔的 MC12311, KW01 都支持这个频段; 另外, 其他的接口, USB, 串口, 以太网也是可以选择的连接方式。 Q33. 问:据说微控制器芯片的唤醒时间是 4uS,这个时间是如何得到的?请介绍一下方法。   答:这个根据芯片的不同而有所不同,飞思卡尔 Cortex-M0+ 系列产品,也即 Kinetis-L 系列产片从停止模式到运行模式的唤醒时间是 4us, 是数据手册上的 规格,一般采用硬件中断等方式唤醒,具体可以参考芯片手册介绍,芯片手册可 以从下面链接下载 http://www.freescale.com/zh-Hans/webapp/sps/site/ homepage.jsp?code=KINETIS 。 Q34. 问:Freescale 的 mcu 是否集成了无线 sensor ?  答: 目前还没有集成无线 Sensor,不过 FSL 的无线产品都是 MCU + 无线的集成方案; 其 MCU 的接口可以和飞思卡尔不同的 sensor 连接, 这样的方式更灵活。 当然 Freescale 也有把几个 sensor 和 MCU 坐在一起的方案 sensor hub. 这样客户在 117 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 开发智能传感器, 支持无线,很灵活。 飞思卡尔 MCU 开发百问 Q35. 问:Freescale 有没有医疗方面的应用案例?  答:请访问 http://www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage. jsp?code=APLMEDICAL。或请联系我们当地的销售办事处。 Q36. 问:Freescale 的 LCD 图形库是免费提供的?   答:Freescale 分别有收费和免费的 GUI 开发工具,收费的是 PEG,主要针对 i.max, Kinetis 和 Coldfire 等处理器应用,免费的是 eGUI,主要针对 Kinetis,Coldfire 和 S08 等处理器应用 。 Q37. 问:Freescale 支持以太网的系列是哪些?  答:Kinetis 产品 K5,K6, K7 系列或 i.MX 支持以太网。 Q38. 问:对于医疗设备家庭物联网,是否已经有比较成熟的产品上市?   答:对于适用于家庭物联网的器件,飞思卡尔有成熟的产品,微控制器可以参考基 于 Cortex-M4 内核的 Kinetis-k 系列和 Kinetis-L 系列 , 飞思卡尔有基于医疗应 用的参考设计,MCU 核心板请参考下面链接:http://www.freescale.com/zhHans/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=TWR-K53N512&fsrch=1 医疗应用扩展板请参考下面链接:http://www.freescale.com/zh-Hans/ webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MED-EKG。 Q39. 问:MQX 如何进行任务的调用?  答:首先需要将任务写入到任务模板中,自启动的任务可以启动,非自启动的任务需 要调用 _task_create 创建任务。(任务调用是否是指调度?没有任务调用的概念) ,对于调度,MQX 内核机制提供了 FIFO、RR 以及自定义调度机制。 Q40. 问:对于 zigbee 开发来说,是否有协议栈的支持 ?  答:有协议栈支持,集成在飞思卡尔针对 Zigbee 及无线应用的开发工具 BeeKit 118 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 里面,通过 BeeKit 可以生成无线应用的协议及应用源代码工程文件,具体请参 考下面链接:http://www.freescale.com/zh-Hans/webapp/sps/site/prod_ summary.jsp?code=BEEKIT_WIRELESS_CONNECTIVITY_ TOOLKIT&tid=SWnT。 Q41. 问:哪里可以下载到 MQX 英文版应用指导手册? 答: 在飞思卡尔官方网站 http://www.freescale.com/mqx 中可以下载 MQX 源码 包,源码包里面的 doc 文档里面有英文版应用指导手册。 Q42. 问:Freescale 新出的 ARM 产品在物联网应用有何优势?  答:产品的可扩展性,低功耗,高能源效率,提供至少 10 年产品长期供货计划。 Q43. 问:能否给建议几个 freescale 集成的高精度的模组?   答:例如:Kinetis K50 系列模拟测量引擎,包括 - 16 位模拟数字转换器具,12 位数 字 - 模拟转换器,可编程延迟块同步 ADC 和 DAC 操作,可调整的 1.2 V 参考电压, 通用运算放大器,可定制的功能 - 滤波器,PGA,跨阻抗放大器,模拟比较器。 Q44. 问:飞思卡尔医疗保健应用的微控制器系列支持哪几种操作系统?  答:飞思卡尔的 Kinetis L MCU 可与飞思卡尔的实时操作系统 RTOS MQX-lite (MQX 精简版 ),以及其他低体重 (low weight) 实时操作系统 - 如 FreeRTOS, 等等工作。 Q45 问:M4 及 M0 系列 16 位的 A/D,实际上有到 16 位吗 ?  答:请看飞思卡尔 16bit ADC ENOB 指标。 Avg = 32 -> min 14.3bit, typical 14.5bit (4Mhz, >2.7V) Avg = 16 -> min 13.8bit, typical 14.0bit (4Mhz, >2.7V) Avg = 32 -> min 12.8bit, typical 14.2bit (all conidtions) Avg = 16 -> min 12.7bit, typical 13.8bit (all comidtions) Q46. 问:开发套件在哪里可以买到 ? 119 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问   答: 可以找你们所在区域的飞思卡尔的代理商,具体可以参考下面链接: http://www.freescale.com/zh-Hans/webapp/sps/site/overview. jsp?code=DISTRIBUTORS Q47. 问:Freescale 是否有医疗云方案?  答:有的,飞思卡尔提供医疗及保健产品设计解决方案 , 请拜访 http://www. freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp?code=APLMEDICAL,或者 联系飞思卡尔销售办事处。 Q48. 问:Freescale 有没有一些低成本开发套件?  答:针对基于 Cortex-M0+ 内核的 Kinetis-L 系列 MCU,飞思卡尔新推出了 Freedom 开发平台,板上集成 OpenSDA 调试器,是低成本的开发套件,对于 与 Cortex-M4 内核的 Kinetis-K 系列芯片,客户广泛采用飞思卡尔的 Tower 开 发系统,MCU 核心板和 I/O 接口板可以互换共用,板上也集成 OSJTAG 调试器 ,也是低成本开发工具的不错选择。 Q49. 问:飞思卡尔产品有否具有完备的图形界面,方便用户操作!  答:飞思卡尔可向客户提供完整的图形面开发工具,主要有 PEG( 收费 ) 和 eGUI( 免费 )。 Q50. 问:K60 是否合适手持设备 , 节能和数据传输扩展能力怎么样 ?  答:非常适合电池供电设备,主打高能效。自带各种标准借口,扩展能力强。 Q51. 问:在哪里可以发现更多基于飞思卡尔的 MCU 方案?  答:中电 IC 易站提供很多基于飞思卡尔的 MCU 方案,并提供一站式元器件供应服务 请点击这里了解更多详情 http://www.iceasy.com/solutionlist 。 Q52. 问: 采用 IAR6.3 编译程序通不过,总是提示找不到头文件,怎么回事?如何解决?  答:找不到头文件,通常是编译路径配置不正确,或编译环境版本太低,打开项目时 致使一些配置文件丢失了,在 Project->Option->C/C++ compiler- 120 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 >Preprocessor,看看 Additional include directories 下面有没有包含你的头 文件所在的路径。 Q53. 问:Kinetis 芯片怎么被锁住了,有什么解锁的方法?  答:一般锁住原因有如下:1)电源不稳造成芯片被锁,这是芯片的一种自我保护机 制,这个无可厚非,跟硬件环境有关;2)调试过程中的不规范行为,初学者最 常犯的错误就是带电插拔调试器,这是一个陋习,其实很多情况下的芯片被锁 都是这个原因造成的。3)焊接 Kinetis 的时候电烙铁的温度过高造成芯片内部损 坏,这种情况下的死锁一般很难再解开了,建议焊接过程中将温度保持在 300 度 左右,一定不能超过 400 度;4)人为的给芯片上锁,这个对量产后的产品是必 须的, Kinetis 提供了相当可靠地知识产权保护机制;5)调试器与目标芯片 连线过长,造成时序不同步或者不稳定,引起误擦写了芯片内部 security 的内存 部分(0x400~0x40F),从而锁住了芯片。 Q54. 问:有什么好的实时操作系统可以在 CortexM0+ 跑?  答:MQXLITE, 结合 CW 和 PE 工具,配置方便,简单实用。相关网页 http://www. freescale.com/zh-Hans/webapp/sps/site/overview.jsp?code=MQXLITERTO S&fsrch=1&sr=1 还有 KEIL 自带的、uCos 和 Coocox。 Q55. 问:Cortex-M4 驱动彩色 TFT 最好用什么芯片?  答:可用 SSD1963 RA8875 驱动 4.3 寸以上的屏,2.8 寸的直接接到 Flex-bus 上即可。 Q56. 问:K60 的工作电流为多少时是属于正常情况?  答:功耗和你系统运行在什么模式下面有很大关系。如果你要是用的是 Version1 的 芯片在最小系统倒是可能到 70mA 的,在 Version2 的芯片功耗大幅度的降低了。 如果在开发板上,还要考虑外接设备的电流消耗。 Q57. 问:IAR for ARM V6.50.x 如何为工程选择芯片型号?   答:打开 Project->Options->General Options->Target 属性页,根据具体情况在 121 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 Processor Variant 下选择芯片内核(Core 列表)或具体型号(Device 列表)。 Q58. 问:IAR for ARM V6.50.x 下如何指定编译输出目录?  答:打开 Project-> Options->General Options->Output 属性页,在输出文件 (Output file) 下选择可执行文件(Executable),然后设置文件输出目录(Output directories), 为便于程序移植,通常建议使用相对目录。 Q59. 问:IAR for ARM V6.50.x 下我想编译生成库文件(Library)而不是可执行文件 (Executable) 该如何做?  答:打开 Project-> Options->General Options->Output 属性页,在输出文件 (Output file) 下选择库文件(Library),重新编译即可。 Q60. 问:IAR for ARM V6.50.x 下如何设置工程的头文件包含路径?  答:打开 Project-> Options->C/C++ Compiler->Preprocessor 属性页,将路径 添加到附加包含目录(Additional include directories)列表框中,每行一个路 径。为便于程序移植,通常建议使用相对路径。 Q61. 问:我在 D 盘的某目录下有一个 IAR 的工程,编译下载运行一切正常,将整个工程目 录拷贝到 E 盘之后,编译出现找不到文件的错误,请问应该如何处理?  答:首先确定找不到的文件是否在工程目录下:直接在工作区(Workspace)的文 件列表中,鼠标右键单击文件名,选择弹出菜单中的文件属性(File Properties) 即可查看该文件所在路径。其次查看头文件包含路径是否正确:打开 Project-> Options->C/C++ Compiler->Preprocessor 属性页,查看头文件附加包含路径 (Additional include directories)的设置是否正确。上面的情况通常是由于头文 件包含目录使用了绝对路径所致。 Q62. 问:IAR for ARM V6.50.x 下如何添加预处理符号? 答: 预处理符号可以在源程序中通过 #define 定义,也可以在编译器的工程选项当中 定义,方法如下:打开 Project-> Options->C/C++ Compiler->Preprocessor 122 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 属性页,在符号定义(Defined symbols)列表框中输入要定义的符号即可,每 行一个。 Q63. 问:IAR for ARM V6.50.x 下我想编译生成 HEX 文件该如何设置?  答:打开 Project-> Options->Output Converter->Output 属性页,勾选产生附加 输出文件(Generate additional output),在输出格式(Output format) 列表中选择 Intel extended,在输出文件(Output file)下勾选覆盖默认值 (Override default)之后,可以在下面的编辑框中自定义输出文件名,不勾选 的话将自动使用工程名称作为输出文件名。 Q64. 问:IAR for ARM V6.50.x 下如何设置链接配置文件?   答:通过链接配置文件可以将工程编译成不同的版本,比如 RAM 版本,FLASH 版本, 32K 版本,64K 版本等等。打开 Project-> Options->Linker->Config 属性页, 在链接配置文件(Linkerconfiguration file)下面的编辑框中输入文件路径,也 可通过编辑框右边的【…】按钮选择。为便于程序移植,通常建议使用相对路径。 Q65. 问:IAR for ARM V6.50.x 下如何生成链接器映射文件 (linker map file) ?   答:打开 Project-> Options->Linker->List 属性页,勾选产生链接器映射文件 (Generate linker map file)项,重新编译即可。通过 map 文件我们可以查看 程序编译之后 ROM,RAM 占用大小以及其它的一些编译链接相关信息。 Q66. 问:IAR for ARM V6.50.x 下我想使用 J-Link 调试程序,我需要设置些什么?  答:首先设置调试器,打开 Project-> Options->Debugger->Setup 属性页,在驱 动(Driver)下拉列表中选择 J-Link/J-Trace。然后编译工程,选择 Project>Download and Debug 即可开始下载调试程序。Debugger->J-Link/J-Trace 下的设置通常不需要更改。 Q67. 问:Keil MDK-ARM V4.70.x 下如何为工程选择芯片型号?  答:打开 Project->Options for Target…->Device 属性,在左边的列表中选择相应 123 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 的或者相近的芯片型号即可。 飞思卡尔 MCU 开发百问 Q68. 问:Keil MDK-ARM V4.70.x 下如何指定编译输出目录? 答:打开 Project->Options for Target…->Output 属性页,单击【Select Folder for Objects…】按钮可以设置 obj,hex 等文件的输出目录。打开 Project>Options for Target…->Listing 属性页,单击【Select Folder for Listings…】 按钮可以设置列表文件(lst)输出目录。 Q69. 问:Keil MDK-ARM V4.70.x 下如何输出 HEX 文件?如何指定输出文件名?  答:打开 Project->Options for Target…->Output 属性页,勾选创建 HEX 文件( Create HEX File)项,重新编译即可生成 HEX 文件。可执行文件名(Name of Executable)右边的编辑框中可以指定输出文件名。 Q70. 问:Keil MDK-ARM V4.70.x 下如何添加预处理符号?  答:预处理符号可以在源程序中通过 #define 定义,也可以在编译器的工程选项当中 定义,方法如下:打开 Project->Options for Target…->C/C++ 属性页,在预 处理符号(Preprocessor Symbols)的定义(Define)编译框中添加符号即可, 可以同时添加多符号,每个符号之间使用空格间隔,例如:KEIL CEACEVK CMSIS。 Q71. 问:Keil MDK-ARM V4.70.x 下如何设置工程的头文件包含路径?  答:打开 Project->Options for Target…->C/C++ 属性页,将路径添加到包含路 径(Include Paths)编辑框中即可,路径之间使用英文分号(;)分隔。编辑框右 边的【…】按钮可以方便直观的添加路径。为便于程序移植,通常建议使用相对路径。 Q72. 问:我在 D 盘的某目录下有一个 Keil 的工程,编译下载运行一切正常,将整个工程 目录拷贝到 E 盘之后,编译出现找不到文件的错误,请问应该如何处理? 答:首先确定找不到的文件是否在工程目录下:直接在项目树(Project)的文件列表 中,鼠标右键单击文件名,选择弹出菜单中的文件选项(Options for File …), 124 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 在属性页(Properties)的路径(Path)编译编辑框中即可查看该文件所在路径。 其次查看头文件包含路径是否正确:打开 Project->Options for Target…->C/ C++ 属性页,查看头文件的包含路径(Include Paths)的设置是否正确。上面 的情况通常是由于头文件包含目录使用了绝对路径所致。 Q73. 问:Keil MDK-ARM V4.70.x 下我想使用 J-Link 调试我的 Kinetis L25 项目,调试器 选项该如何设置?  答:首先打开 Project->Options for Target…->Debug 属性页,选择使用 J-Link/JTrace Cortex 调试设备。单击右边的设置【Settings】按钮,根据需要选择 JTAG 或者 SW 端口(Port)。其次打开 Project->Options for Target…>Utilities 属性页,选择 Use Target Driver for Flash Programing,在下 拉列表框中选择 J-Link/J-Trace Cortex,单击右边的设置【Settings】按钮, 打开 Flash Download 属性页,单击添加【Add】按钮,在弹出的窗口列表中选 择 MKXX 48Mhz128KB Prog Flash。最后编译程序,通过 Debut->Start/Stop Debug Session 即可开始下载调试。 Q74. 问:智能手环的参考设计提供低功耗蓝牙的连接方式,是否有 NFC 的应用?  答:Kinetis 系列提供接口。NFC 的 lib 文件需要芯片供应商提供。 Q75. 问: 我有个需求:做简单的网关,32Kflash 以上,低功耗敏感,至少 4 个 uart。包 扩 UART 的引脚,20 个 gpio 以上,请推荐型号?  答: 推荐使用 MKL25Z32VFM4。 Q76. 问:智能手表有哪些创新的地方?   答:微小内核操作系统,MQX, 支持模块化设计,这点对于目前智能手表的形态还 不明确的时间段;譬如彩屏还是黑白,段码还是点阵,要什么样的 sensor,同手 机如何互动等。Freescale 的操作系统带来的便利是显而易见的。 Q77. 问:现在电子技术发展非常快手机、电视、移动 PC、物联网中智能家居、医疗设备等 125 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 方面发展迅速,这些都离不开微控制器的发展 , 想请教在之后设备微型化、便携化、 智能化的应用过程中,飞思卡尔微控制器在实际应用环境、技术参数、后续软件 服务支持等方面有什么特别的值得借鉴的地方?    答:大数据时代,有人欢呼硬件的复兴。其实还是需要健壮的“大脑和思维”。健壮 的操作系统是必须考虑的。设备的多样性,必须有个共同的附着点,那就是操作系 统。譬如 MQX 和 MQX Lite.Freescale 坚持公开源码,除非那些第三方的知识产 权和需要 License 的内容。 Q78. 问:我觉得微控制器器最主要的是稳定,一般微控制器会受到哪些复杂环境的影响! 就目前微控制器而言从哪些方面可以提高其性价比 ?    答:飞思卡尔的 MCU 大量应用于复杂工业控制,汽车,军事等领域,其稳定性是得 到业界肯定的。随着 MCU 频率和集成度的提高,芯片的 EMC 性能受到更严格的 考验。这就需要丰富的经验,严格的测试和高品质的生产管理来保证。而飞思卡 尔是有这样的能力的公司。 Q79. 问:飞思卡尔的 M0 系列里面有带 LCD 屏驱动的芯片吗?  答:有,KL3x, KL4x 两个系列都支持段码 LCD, 点阵屏需要通过总线(IIC, SPI 等)外扩。 Q80. 问:无线音响产品方面飞思卡尔有完整的解决方案没?能不能提供 Open BOM ?   答:我们有参考设计,但是我理解的 OpenBOM 是种 IDH 的生意模式,可以同我们 销售团队联系。可能会给您介绍上 IDH。 Q81. 问:对智能手表来说,功耗是很重要的,MQX 系统的设计功耗如何?  答:的确,功耗非常重要。(1)MQX 作为实时操作系统,从机制上就有优势。(2) 另外,我们的 MQX 操作系统是开放源码的,可以考虑优化。(3) Kinetis 或 Kinetis Low power,有 9 种功耗模式。详细内容请上官网查阅应用手册。或联 系我们的代理商 FAE。 Q82. 问:免费的嵌入式 OS 稳定性如何,可以应用在性能要求比较苛刻的地方吗 ? 126 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问   答:Freescale 的 MQX 是一个免费的稳定的嵌入式 RTOS, 已经有 20 多年的使用历 史, 有美国航空航天认证 (DO157),有 FDA 的认证。最为关键的是,他是一 个比较完善( USB, 以太网协议栈,文件系统等) 还有技术支持 。 Q83. 问:基于 Zigbee 协议解决方案中有什么突出的产品,我之前用过 TI 的芯片做过,飞 思卡尔有什么突出表现呢?   答:有 MC132xx 系列和 KW 系列。http://www.freescale.com/zh-Hans/webapp/ sps/site/overview.jsp?code=802-15-4_HOME&tid=van802154。 Q84. 问:我以前一直用 STM32F10X 系列的 MCU,对它的函数库比较熟悉了,不知道换 用 Kineitis 系列的话,会不会难以上手?  答: 不会,我们的驱动代码非常容易阅读和使用。如果你阅读过我们写的构件,就会 发现我们对每个函数都做了详细的功能说明,和参数说明等。 Q85. 问:KL 一般都是用 CW 或者 MDK 的,不知道有没有对应的外设库 ?  答:点击这里。http://www.freescale.com/zh-Hans/webapp/sps/site/prod_ summary. jsp?code=FRDM-KL25Z&fpsp=1&tab=Design_Tools_Tab# 以 KL25 为例,在 KL25 产品 ->FRDM-KL25Z -> 下载 -> 软件开发工具 - 实验室 与测试软件。 Q86. 问:Kinetis L 系列 MCU 中断最快响应时间是多少?  答:中断响应时间与内核时钟频率有关。一般是 5 ~ 15 个时钟周期。这也与中断发 生时正在执行的指令,中断的级别以及是否采用操作系统有关。 Q87. 问 : 有没有 TSSOP 或者 QFN32 以内封装的芯片支持内置段式 LCD 控制器及 PWM 输出的?如果有,麻烦告知型号,刚刚查了下 KinetisL3 系列的,都太大个了?  答:KL3x 目前最小是 64 脚的,以后会有小封装的 , 我们 HCS08 的 有 32 脚的封装 的产品你可以参考 。 127 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 Q88. 问 : 飞思卡尔的 MCU 在多媒体 CODEC 技术上的优势是什么?   答:(1) 芯片上,Cortex M4 提供了很不错的 DSP 功能; (2) 软件上,作了优化,减少了系统资源占用(RAM 和 Flash); (3)Codec 进过了国际领先品牌的验证(目前不方便公布客户名称)。 Q89. 问 : 飞思卡尔的 KL 系列处理器有哪些欧洲的安全认证?  答:KE 系列是 IEC60730 Class B Safety S/W routines certified。 Q90. 问 : Kinetis 开发板的安全工作电压范围?  答:Freescale 目前的开发板一般都 USB 供电是 5V 的, 另外根据你的板上的 MCU 电源有 3.3 或 5V 的, 那么不要超过这些电压。 Q91. 问 : 通过何种途径能得到免费 MQX 系统?如何申请?  答:直接到 www.freescale.com/MQX 网页上有下载入口。 Q92. 问:很多时候设备可能要用于高压环境,Freescale 是怎么考虑的?  答:高压环境并不可怕,关键是系统的设计上要做好保护和隔离。不管是哪家的 MCU,芯片本身都不能直接上高压。在高压环境下的抗干扰能力是比较重要的指 标。 Q93. 问 : KintisL 系列有没有内置段式 LCD 控制器的小封装器件,比如 TSSOP 或者 QFN32 以内的?如果有,价格如何?  答 : KL 现在带 LCD 驱动的芯片最小封装还是 LQFP 64 脚封装的。 Q94. 问 : 飞思卡尔的微处理器在防静电方面怎样,或者需要在设计电路时来保护芯片,因 为人体的静电挺大的?  答:飞思卡尔的微处理器在防静电方面的设计是很强的。你可以从每个芯片的数据手 册上看到具体的数据。 128 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 Q95. 问 : 飞思卡尔微制器哪些是具有 CAN 接口的?  答: Kinetis K 系列产品带 CAN 接口 , 还有一些 S08 的 8bit MCU 也带。 Q96. 问 : Kinetis KL 系列低功耗约 200nA, 中断能唤配吗,保持 RAM 可中断唤醒的最低 功耗多少?  答:Kinetis KL 系列最低功耗 200nA, 可以中断唤醒,保持 RAM 的最低功耗在 1.3uA。 Q97. 问 : 以 CortexM0 为内核的 Kinetis L 系列 MCU,主要运用在哪种环境下比较合适, 其最高速度达到多少,支持哪几种通讯方式?  答:它是 -40 到 105 度的运行温度,可以运行在各种工业环境中。最高主频 48MHZ, 内置 UART,SPI, I2C,USB 等。 Q98. 问 : 飞思卡尔 Kinetis KL 在音频方案中如何提高 SNR 的,能分享一下吗?  答:注意是采用高分辨率的 ADC,采用比较高的采样频率,然后选择合适的滤波算法。 Q99. 问 : 如何确保无刷电机控制时的换向时间的精准度和安全性?是不是需要有短时间的 过零断电? 答:一般在输入的霍尔滤波线路上的阻容不要过大,软件上要有滤波。一般中断触 发后要连续采 3 次确认。短时间的断电,有好处。可以减少换向的冲击,降低 控制器的工作温度,提高可靠性。 Q100. 问 : 可否介绍 Kinetis 系列 MCU 在设备可靠性方面的特点?   答:可靠性在 Kinetis E 系列上通过带死区控制的 PWM, 5V 电源电压,高特性 ESD/EFT,等特定功能和性能来保证。 Q101. 问 : 你们 E 系列的 MCU,抗干扰能力怎么样?还有怎样提高抗干扰能力,经常用电 机时,MCU 有点不稳定 。 答:Kinetis E 系列的抗干扰能力非常强,单层双面板微波炉带电 ESD 测试结果显 示可支持 15KV 或更高。要提高抗干扰能力,首先是抗干扰能力强的 MCU (推 129 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 开发百问 荐使用 Kinetis E), 然后,减少耦合通道,针对不同管脚做相应的保护,做好 PCB 布局,同时可通过软件做保护。具体可参考应用笔记 AN4779。 130 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 第七章 开发板销售信息 开发板销售信息 7.1 中电器材 K60 开发板(基于最新 Kinetis K 系列的 MK60DN512ZVLQ10MCU) 价格: ¥760.00 元 网上订购地址: 1、电子创新网商城:http://mall.eetrend.com/K60.html 2、IC 易站 :http://www.iceasy.com/item-b42-453-91818-CFKUEVK-KIT.html 更多开发板销售信息,请上 IC 易站或电子创新网商城查询。 7.2 中电器材 KL25 开发板(基于飞思卡尔最新 Kinetis L 系列 MKL25Z128VLK4MCU) 价格: ¥340.00 元 网上订购地址: 1、电子创新网商城:http://mall.eetrend.com/KL25.html 2、IC 易站 :http://www.iceasy.com/item-b42-472-92160-KL25EVK.html 更多开发板销售信息,请上 IC 易站或电子创新网商城查询。 131 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 飞思卡尔 MCU 设计开发资源总汇 第八章 飞思卡尔 MCU 开发资源总汇 一、官网大全
 1、飞思卡尔官方网站 www.freescale.com 2、飞思卡尔设计资源中心 http://www.freescale.com/zh-Hans/webapp/sps/site/ homepage.jsp?nodeId=0ST 3、中电器材官网 www.ceacsz.com.cn 4、中电器材应用方案大全 www.ceacsz.com.cn/solutions/ 5、中电器材 IC 易站 www.iceasy.com 6、IC 易站应用方案大全 www.iceasy.com/solutionlist 7、Keil 官网 www.keil.com 8、ARM Realview 开发工具官网 www.realview.com.cn 9、ARM 官网 www.arm.com 二 、专业网站信息 1、电子创新网 www.eetrend.com 2、电子工程专辑 www.eetchina.com 3、电子设计技术 www.ednchina.com 4、21IC 中国电子网 www.21ic.com 5、电子产品世界 www.eepw.com.cn 6、中电网 www.eccn.com 7、飞思卡尔社区 www.freescaleic.org 8、飞思卡尔官方微博 http://e.weibo.com/freescale 9、中电器材官方微博 http://e.weibo.com/ceacsz1984 10、电子创新网官方微博 http://e.weibo.com/eetrend99 132 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com 第九章 版 权 声 明 版权声明 1、《飞思卡尔 MCU 开发全攻略》著作权属于中国电子器材深圳有限公司所拥有 ; 2、本着服务大众的思想 , 我们授权任何对 MCU 开发有兴趣的工程师或媒体免费下载, 传播该书; 3 、非经中国电子器材深圳有限公司书面同意 , 不可以对本电子书加以切割 、编辑及 部分内容传播 ; 4、任何商业用途必须得到中国电子器材深圳有限公司的书面同意。 5、作者联系方式 : marketing@ceacsz.com.cn。 133 中电器材官网:www.ceacsz.com.cn IC 易站:www.iceasy.com

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