飞思卡尔ColdFire® USB系列 低功耗与高性能的完美结合

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作为消费者市场上的主流技术,通用串行总线(USB)正在迅速成为工业市场上的实际通讯标准。对于需要经济高效的USB连接来支持工业控制、工厂自动化、HVAC系统、消防/安全系统、销售点设备及健康护理监控仪器的设计人员来说,带有USB On-The-Go(OTG)的微控制器(MCU)可以提供高度集成的嵌入式控制功能。

USB OTG是USB 2.0 版的补充,可以增强现有外围组件和设备的功能,使设备增加了主机能力,能实现点对点通信。OTG 设备要求的主要特性包括:体积更小,适合USB 接头和电缆;功能更强,向使用“哑”终端界面的设备添加主机功能,支持双模式(主机或设备),幷在这两种模式间动态地切换;功耗更低,用以支持电池供电设备。

USB OTG使开发人员不但可以将USB芯片模块用作USB器件或USB主机,并且还允许多个USB器件在不需要主机界面的情况下进行通信,因此非常适合系统间通信应用。为了帮助设计人员充分利用这一市场机遇,飞思卡尔半导体公司扩展了其32位ColdFire® USB设备系列,以便为多种工业应用提供灵活的USB连接。

飞思卡尔ColdFire USB系列扩展包括带有Full-Speed USB On-The-Go(OTG)的MCF5221x微控制器系列和采用Hi-Speed USB OTG的嵌入式MCF5253处理器。利用专门为低运行电压设计的优化体系结构,这些ColdFire器件的功耗非常低而且不会降低性能。这些器件都集成了ColdFire V2内核,并带有与CMX系统公司合作开发的配套USB软件栈,使开发商可以简化设计流程并加快产品上市。这些ColdFire设备还可用于需要USB连接的消费品应用中,如数码相机、PDA和PC接口。

ColdFire: 嵌入式设计的理想处理器架构

作为一系列指令长度可变的RISC架构处理器,ColdFire系列微处理器在1994年被引入飞思卡尔专有的68K家族。ColdFire 继承了68K 系列的辉煌,是68K 系列的简化版本,它沿用了68K 的优点,改进了模块和工具,并降低了价格,ColdFire的出现满足了对于成本敏感的嵌入式市场的需求。

图1,飞思卡尔ColdFire V2 内核基于存储器可配置分层架构

ColdFire V2 内核基于存储器可配置分层架构, 采用 0.13 μm 工艺,利用带有 32 位地址和数据总线与集成调试模块的单线程、基于标准单元的设计,内核可以支持高达 166 MHz的性能。ColdFire V2 内核采用长度可变的 RISC 架构,允许的指令长度有 16、32 和 48 位。 结果就是能更有效地将代码存储到存储器中,从而降低了存储器的要求,并削减了系统总成本。

为了扩大ColdFire微控制器(MCU)架构的使用范围,飞思卡尔公司起动了向那些设法将ColdFire内核及其它功能集成到单个芯片上的片上系统 (SoC) 设计者发放许可证的计划。提供特许的ColdFire V2内核架构让大容量产品制造商能够创造出其特有的、包含内核处理器及其专用技术的、低功耗、高度可集成32 位 ASIC 解决方案。现在设计者可以通过飞思卡尔的合作伙伴—— 半导体知识产权 (IP) 许可专家 IPextreme Inc., 获得 ColdFire V2 内核和基于 ColdFire V2 的标准产品平台 (SPP) 的许可证。

出色的性能指标带动行业应用

MCF5221x MCU系列提供了一种经济高效的单芯片嵌入式控制解决方案。它带有集成USB收发机的USB 2.0 Full-speed Host/Device OTG 。MCF5221x 系列可以提供向带有USB连接的其它更高性能ColdFire器件移植的平滑路径。

除了上述特点,MCF5221x产品的其它功能包括:

• ColdFire V2内核,可以在80MHz的频率上提供76 Dhrystone 2.1 MIPS的高性能

• 128K字节的最大闪存空间

• 16K字节的SRAM

• 最多56路通用输入输出(GPIO)

• 两信道定期中断定时器

• 两个 I2C 总线接口模块

• 支持DMA的四信道32位定时器

• 带32kHz 晶体的实时时钟

• 12位模数转换器(ADC)

• 最多三个芯片UART

• 速度可达66MHz到88MHz

MCF5253是一款经济高效的高性能嵌入式控制解决方案,带有高速USB OTG和集成的USB PHY。它带有128K字节的静态随机访问存储器(SRAM),可以实现对关键数据或控制功能的单一循环接入。MCF5253还包括一个增强的乘/加(eMAC)模块,不需要片外DSP就可以完成信号处理或过滤任务。

MCF5253产品的其它功能包括:

• ColdFire V2内核,带有集成eMAC模块,可在140 MHz的频率上提供125 Dhrystone 2.1 MIPS的高性能

• 8K字节的数据缓存

• SDRAM控制器

• 两个CAN 2.0B模块

• I2S接口(Rx x2/Tx x3)

• 带有流量控制功能的三个UART

• 专用的ATA硬盘接口

• 闪存媒体卡接口

• 实时时钟模块

• 带有4个DMA信道的4信道DMA控制器

• 六信道12位A/D转换器

• 节能设计实现1.2V内核,3.3V I/O,140MHz时的电流低于40mA

开发工具支持

飞思卡尔最新的ColdFire USB控制器由一整套综合的软件开发工具提供支持,包括配套的CodeWarrior® Development Studio for ColdFire版本6.4或更高版。飞思卡尔还可以通过与世界级的供应商合作提供其它专业级软件工具和操作系统,包括Green Hills软件、Mentor Graphics和Wind River等。

飞思卡尔通过提供免费的开放源GNU工具来支持ColdFire产品系列。这些工具可以从飞思卡尔的网站上下载,也可以直接通过CodeSourcery获得。 为了帮助降低软件开发成本并缩短时间,飞思卡尔可为MCF5221x系列和MCF5253设备提供一种来自CMX的配套USB软件栈。另外,飞思卡尔还可以为MCF5253设备提供带有集成USB堆栈的μCLinux板卡支持包(BSP)。

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