微控制器

微控制器(Microcontroller,简称MCU)是一种小型计算机系统,通常被用于嵌入式系统中,用于控制各种电子设备和系统。它是一种集成电路(IC),包含了处理器核心、内存、输入/输出引脚、定时器、计数器、串口通信和其他外设,用于执行特定的任务。

  • 提供先进的通信连接和数据安全功能,支持汽车向服务型系统架构转型
  • 首款Arm® Cortex®-R52汽车微控制器,片上集成非易失性存储器,提供实时多核处理性能;ISO26262 ASIL-D认证保障和安全管理程序,为汽车工业带来新的功能安全参考标准
  • 28nm FD-SOI 配合高效嵌入式相变存储器,将性能和可靠性最大化,同时将功耗最小化

意法半导体推出全新的恒星(Stellar)系列汽车微控制器(MCU),让汽车电子系统和高级域控制器变得更安全、更智能。恒星系列MCU支持基于各种“域控制器”(动力域、底盘域、ADAS先进驾驶辅助系统等)的下一代汽车架构。通过整合传感器数据的同时降低线束连接复杂性和电子元件重量,这些域控制器有助于汽车系统架构向面向软件和数据的架构转型。

恒星系列MCU是汽车微控制器技术的一项突破。集28nm FD-SOI制造工艺、片上相变存储器(PCM)、先进封装和Arm Cortex-R52多核处理器等诸多优势于一身,恒星系列的工作频率高达600MHz,PCM容量超过40MB,同时还实现功耗最小化,即使在恶劣的高温环境下也能保持极低的功耗。恒星系列MCU产于意法半导体自营的12''Crolles工厂。

恒星MCU的主要目标应用包括混动智能控制、基于车载充电器的汽车全面电动化、电池管理系统和DC-DC控制器,以及智能网关、ADAS和增强型车辆稳定性控制系统。

意法半导体恒星MCU的首批样片现已上市,主要特性包括时钟频率400MHz的6核Arm Cortex-R52处理器、16MB PCM、8MB RAM,全部采用BGA516封装。目前主要客户正在路测基于恒星MCU的控制单元。

意法半导体汽车与分立器件产品部总裁Marco Monti表示:“恒星MCU为支持数据服务的新型域控制器提供所需的安全性和实时性能,域控制器行业规模将在2030[1]年达到1.4万亿美元,恒星MCU支持新的以软件为中心的系统架构,能够将域控制器应用变成新的收入来源。域系统架构将多个控制单元的功能集成在更大的域控制器内,能够远程安装新功能,而不会影响汽车的行驶安全性和数据安全性。”

Arm汽车和嵌入式业务部汽车产品副总裁Lakshmi Mandyam表示:“如果我们将自动驾驶和智能动力控制变为现实,下一代汽车平台需要满足汽车电子系统严格的实时性能和安全要求,Cortex-R52的能效、功能安全特性和高性能与ST的优化多核SoC架构的强大组合,能够满足这些汽车平台的需求。”

恒星MCU样片的技术特性

恒星系列基于意法半导体在高性能汽车MCU上的多年沉淀和成功记录,将与取得市场成功的SPC58系列相辅相成,用于管理下一代汽车电子系统。新系列采用意法半导体独有的创新技术,具有下一代汽车平台所需的实时性能和安全性,同时兼备车辆设计人员实现轻量化和经济性所需的低功耗。

首款恒星系列汽车MCU的样片整合六个Arm Cortex-R52内核与嵌入式非易失性存储器,适用于快速的确定性实时计算,没有非集成式存储器的延迟等待现象。

通过在Cortex-R52内核增加锁步功能,恒星系列达到了汽车行业ISO26262 ASIL-D安全认证的苛刻要求。为了进一步增强功能安全性和可靠性,恒星 MCU还安装了一个软件隔离及内存保护管理程序。

在提高Cortex-R52多核处理器性能的同时,恒星系列还集成三个内置浮点单元和支持DSP扩展指令集的Arm Cortex-M4内核,以提供应用专用加速功能。

恒星系列还采用意法半导体先进的符合AEC-Q100 Grade 0标准的嵌入式相变存储器(PCM)。16MB PCM存储器安全、稳健,即使在工作温度高达165°C时,仍然保证读写性能和数据保存期限,并支持软件空中下载技术,以便管理多个固件映像。连接方便的eMMC和HyperBus™ 接口可以连接外部存储器。

恒星系列采用最先进的支持EVITA[2] FULL的硬件安全模块(HSM),运行速度超过200MHz,可最大限度地提高数据吞吐量。

恒星系列的HSM硬件安全模块配合覆盖多个汽车接口(包括以太网、CAN-FD和LIN)的多总线路由,可满足OEM厂商对时间敏感型汽车网络的安全性和连接性能的日益增长的需求。

意法半导体现有的合作伙伴和正在申请加入ST合作伙伴计划的企业支持恒星系列产品,推出了相关的开发工具((Arm, Green Hills, HighTec, Wind River)、调试工具(iSYSTEM, Lauterbach, PLS)和软件(Elektrobit, ETAS, Vector)。

详情联系当地意法半导体销售办事处。

[1] McKinsey, Center for future mobility - January 2019

[2] EVITA: E-safety vehicle intrusion protected applications. A project co-funded by the European Union to establish an architecture for automotive on-board networks capable of protecting security-relevant components and sensitive data. EVITA:电子安全车辆入侵保护应用,是欧盟共同资助的一个旨在构建一个能够保护安全相关组件和敏感数据的汽车车载网络架构的技术研发项目。

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横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体 (STMicroelectronics,简称ST;纽约证券交易所代码:STM)宣布,罗姆半导体公司Qi标准车载无线充电器参考设计选用意法半导体的汽车NFC读取器IC (ST25R3914)和汽车8位微控制器 (STM8AF)。近年来NFC非接触式通信已广泛用于智能手机的移动支付等功能,NFC应用已经从移动设备迅速扩展到工业设备、物联网设备甚至汽车系统。

罗姆的车载无线充电模块参考设计基于该公司为推广汽车中控台无线充电应用而专门开发的15W Qi标准无线充电器IC BD57121MUF-M,选用了意法半导体的NFC读取IC和8位微控制器。意法半导体的技术为该设计带来多项好处,其一能够实现复杂的充电控制功能,检测到充电系统附近的非接触式智能卡,并立即停止充电,这项重要的便利功能广受好评,其可防止因Qi发射器的强磁场而导致的汽车智能卡故障。

意法半导体的ST25R3914汽车NFC读取器IC是符合AEC-Q100一级标准的NFC模拟前端器件,支持ISO14443A/B、ISO15693、FeliCa™和有源P2P等非接触式IC卡标准。首屈一指的射频性能和独有的自动天线调谐功能(根据不断变化的金属环境动态调谐天线)使其成为汽车应用的理想选择。该读取器配备符合MISRA-C:2012标准的RF中间件,有助于缩短软件开发时间。

意法半导体的STM8AF汽车8位微控制器为用户提供优异的处理性能、广泛的存储容量选择和多种封装,有助于开发更灵活的汽车系统。该微控制器集成硬件数据EEPROM、CAN和LIN总线,最高工作温度150°C。在与NFC功能配合使用时,STM8AF还可以用于管控新型汽车NFC应用,例如,智能手机与汽车系统的蓝牙®/ Wi-Fi配对、“信息娱乐”的NFC验证和发动机启动。

意法半导体日本区经理Hiroshi Noguchi表示:“罗姆在Qi标准汽车无线充电参考设计中采用ST NFC产品和8位微控制器,表明ST广泛的产品阵容在开发新的有价值的汽车功能方面具有巨大的潜力。我们预计许多汽车制造商将把无线充电视为一项重要的附加功能,ST又增加了一种提高消费者驾驶舒适体验的方式。”

意法半导体和罗姆将在日本国际汽车电子技术及与配件博览会(东京,2019年1月16日至18日)各自展位上展示这个Qi标准车载无线充电参考设计。

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Holtek推出新一代Arm® Cortex®-M0+微控制器HT32F52344/52354系列,具备高效能、高性价比及更低功耗的特色,适合多种应用领域,例如TFT-LCD显示、智能门锁、物联网终端装置、穿戴式装置、智能家电、USB游戏外围等。

HT32F52344/52354系列最高运行速度为60 MHz,工作电压为1.65 V~3.6 V单一电源,Flash及SRAM容量分别为64 / 128 KB及8 KB;配备丰富的外围资源,如UART×2、I2C×1、SPI×2、USB、EBI (External Bus Interface)等,具备6通道PDMA、12通道1 Mbps SAR ADC,并提供数据正确检查机制CRC16/32及硬件除法器。内建高分辨率PWM,PWM Timer输入频率可达96 MHz,能提高Duty分辨率,使相关控制更加精确。EBI接口可高速传输数据,适用于TFT-LCD相关应用。

HT32F52344/52354系列的封装型式为33/46QFN和48/64LQFP,GPIO脚位可达26 ~ 54,在低功耗模式(DeepSleep1/2)下支持任意I/O唤醒,并内建参考电压用于ADC量测校正,省电模式的设计便利,适合低功耗的电池应用。除获得IAR、Keil等专业IDE厂商的支持外,Holtek并提供学习板以及开发平台套件、ICE工具e-Link32 Pro、完整的外围驱动函式库Firmware Library、应用范例源代码及各种应用指南等,并支持GNU GCC及Make编译环境。搭配Holtek ISP (In-System Programming)及IAP (In-Application Programming) 技术方案,可轻易升级韧体,提高生产效能与产品弹性。

来源:Holtek

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自成本是8位微控制器(MCU)设计中的关键驱动因素以来,市场上充斥着极低成本的型号。在本白皮书中,我们将给您介绍在规格表中找不到的8位微控制器(MCU)的常见隐形成本 - 以及需要注意的事项,以便您可以节约成本并快速将产品推向市场。

在信息电子世界中,32位微控制器(MCUs)正在被广泛使用,因此大多数人认为拥有46年历史的8位MCU的需求正在减弱。但对于许多工程师和产品设计师而言,事实并非如此。许多工业应用需要简单的监测,电机控制或嵌入式智能来监控电源或给既定系统回馈信息,而8位微控制器(MCU)既可满足这些要求,又可大大节省硬件资源,从而节省成本。又因系统在99%的时间内处于空闲状态,消费者和物联网应用也需要极低的睡眠电流。相较之下,8位的睡眠电流通常低于类似的32位睡眠电流。所以根据IHS Markit的说法,8位微控制器(MCU)填补了一个不会很快消失的空白,并且它仍然是拥有一个55亿美元的市场。

8位微控制器表现极佳——低功耗和极低功耗应用——使得它能够长盛不衰。所以在像烟雾探测器这样的电池供电设备不太可能很快消失。

此外,新兴的物联网(IoT)市场保持着高增长速度。它表明在可预见未来,8位微控制器都不可能消失。因为许多终端物联网系统执行着非常简单的数据收集或监控任务,这些应用不需要强的计算能力或需要极低的功耗。

想象一下,8位微控制器(MCU)是钉子,而32位微控制器(MCU)是螺钉。螺钉用更为坚固的方式来连接木材和材料,但是却比用钉子安装复杂并且费时。钉子的制作成本要低得多,并且钉枪可以更快地安装。所以在建造房屋的屋顶时,你只需要大量的钉子;但是如果使用螺钉,你就不可能很快地完成工作。此外,除非极端天气,否则螺钉对于固定屋顶来说是过度使用的。因此,简而言之,物联网(IoT)需要8位微控制器(MCU),就如家庭建设需要钉子。

除了物联网之外,消费产品领域也大量应用8位微控制器(MCU),这因为只有将产品快速推向市场才能够取得成功,例如,手机配件会因产品上市时间而成功或失败。而8位微控制器(MCU)的简单寄存器接口可实现快速开发。

但是,对于8位微控制器(MCU)而言,快速上市并不能保证成本。通常,关键的前期数据表规格还具有隐藏的含义——隐藏的成本。

在评估组件时,你可能要做的第一件事就是仔细检查规格表,以确保它符合您的设计要求。但是,尽管这看起来很彻底,但部分细节往往是未说明或隐藏的。请准备好阅读以下文字。

五个隐藏成本:

1、性能规格反映了有限的测试条件

最初的8位微控制器成本可能看起来很低,但是一旦设计和测试开始,开发人员通常会意识到性能值被错误描述并且只能够反映有限的测试条件。这需要花费更多的成本购买额外的硬件进行辅助才能,获得设计师在购买芯片后最初获得的性能水平 - 从而导致更长的开发时间。

2、可用性假设

大多数开发人员都希望微控制器具备某些标准,但是当你使用非常便宜的微控制器时,你就不能指望得到这些标准。例如,您可能会在16引脚封装中看到串行外围接口(SPI)和6个模拟数字转换器(ADC)通道。即使你使用串行外围接口(SPI),也可以假设你将获得六个通道。那么可能让我们惊讶的是——该芯片供应商使得串行外围接口(SPI)引脚与模数转换器(ADC)引脚相同,因此如果你现在需要全流控制串行外围接口(SPI),则只需要两个模数转换器(ADC)通道。

3、零件质量与一致性

如果器件一致性不好,你将不得不在糟糕的用户体验或围绕不一致性进行的设计之间做出选择,这样不仅增加成本或者会抵消你所期望的节省的成本。

4、持续供应

低成本,未知的芯片供应商存在寿命和连续性的风险。从商业的角度来看,他们试图提供例如10美分芯片后,希望能够尽可能多地获得收入以保持未来稳定发展;但是在他们意识到持续开发成本和支持的成本之后,收益达不到预期,担心公司失败,从而终止了该低价产品的供应转向利润更大的产品。

5、开发成本

编译器和其他工具可能很昂贵。一些供应商将所有代码示例存储在收费编译器上,而有些供应商则使用的工具质量差或者不用工具,这对于开发人员专用于该部件的工具的学习难度变高。这增加了上市时间,并再次打消了你所期望的节省成本的想法。

来源:Silicon Labs/芯科技

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意法半导体的 STM32L412和STM32L422微控制器(MCU)以功能专一和封装紧凑为特色,为注重成本预算的消费类、工业和医疗应用带来超低功耗技术和优异的处理性能。

新微控制器为设计人员提供了更大的发挥空间,突破各种设计资源的制约,不论是内核性能和能耗限制,还是空间尺寸和物料清单成本限制。通过整合采用意法半导体的FlexPowerControl(FPC)技术经济合算的64KB或128KB闪存和80MHzArm®Cortex®-M4处理器内核,新微控制器的能效和性能达到了同级产品中最佳的EEMBC®测试成绩:273CoreMark® 可提升智能传感器或消费类穿戴设备的处理速度,同时167 ULPMark™-PP(Peripheral Profile和447 ULPMark-CP(Core Profile)两项测试成绩表明,新产品的能源管理技术领先同级竞品。

开发人员可以将这些胜出竞品的测试高分转化为切实的产品优势,利用多个低功耗模式等功能来最大限度地延长电池续航时间。模拟外设包括两个用于执行同步采集的ADC和一个比较器,片上集成了信号链的大部分功能,用于感测或心率监测。 此外,为节省元件和电路板空间,新产品还提供了更多的封装选择,包括5mm x 5mm LQFP32或2.58mm x 3.07mm WLCSP36。

-40°C至85°C或125°C的工作温度范围,使新产品可耐受恶劣的工业或医疗应用工作环境。闪存纠错(ECC)和片上SRAM奇偶校验硬件强化了系统安全性。Quad-SPI接口可以连接高性能的片外存储器,扩展系统的存储容量。新微控制器还配备丰富的控制外设和通信接口。

此外,新产品出色的动态能效确保智能电表的性能优异,工作电流仅为28μA/ MHz。新微控制器集成了ADC、电池域和备用电源域防篡改输入、硬件随机数发生器(TRNG),此外,加密功能更强的STM32L422还增加了AES-256加密算法支持功能,所有这些功能保证了电表的精准测量和强大的安保功能。

通过采用STM32生态系统的专用工具,包括STM32CubeL4软件包和STM32CubeMX初始化代码生成器和功耗计算器,开发人员可以立即使用新微控制器开发应用。生态系统还新增两个Nucleo开发板,包括NUCLEO-L412RB-PNUCLEO-L412KB,前者集成一颗64引脚STM32L412和降压转换器,后者板载一颗32引脚STM32L412。新产品在意法半导体 10年供货保证范围内。

STM32L412和STM32L422现已投产, 包括片上闪存容量最高可达128KB,采用32引脚至64引脚封装和64KB闪存、QFN-32封装的STM32L412K8U6。

产品详细信息访问 www.st.com/stm32l4x2

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MAX32558 DeepCover IC支持更快、更简易的设计,帮助工业、消费、计算和IoT等应用实现可靠的安全功能

2018年8月2日—Maxim宣布推出MAX32558安全微控制器,帮助安全敏感型工业、消费、计算和物联网(IoT)设备制造商快速、高效地建立安全加密操作、密钥存储和防篡改功能。作为Maxim DeepCoverÒ安全微控制器家族的新成员,MAX32558在为设计者提供可靠安全特性的同时,相比最接近的竞争对手还能够节省高达50%的印刷电路板(PCB)空间。

随着电子产品变得越来越小、越来越多的被接入网络,敏感信息和用户隐私面临的威胁越来越高,使得制造商需要在设计设备时首先考虑安全问题。尽管设计者需要防范设备层面的漏洞,但他们总是需要在更小的电路板空间与更高的安全性之间进行权衡,同时兼顾设计复杂度和上市时间目标。

最新的MAX32558 DeepCover Arm® Cortex®-M3闪存安全微控制器成功地克服了这些挑战,在小尺寸封装中提供强大的安全性、简化设计集成,同时加快上市时间。器件在小尺寸封装中集成多种安全特性,包括密钥存储、安全引导程序、主动篡改检测和安全加密引擎。器件还支持多种通信通道,例如USB、串行外设接口(SPI)、通用异步收发器(UART)和I2C,是广泛应用的理想选择。Maxim凭借在支付终端认证领域的长期声誉和经验,以及完善的支持与技术,能够帮助客户简化认证过程,将周期缩短到6个月(而非标准的12到18个月)。

主要优势

● 可靠的安全性:

  • 提供最高安全等级的密钥存储,保护敏感数据
  • 提供安全引导程序、有源篡改检测和安全加密引擎
  • 符合美国联邦信息处理标准(FIPS) 140-2 L3&4认证

● 高度集成方案、小封装尺寸:

  • 与安全认证器相比,MAX32558能够以相同PCB占位面积(4.34mm x 4.34mm)的晶圆级封装(WLP)提供30倍的通用输入/输出(GPIO)。最接近的竞争对手提供一款功能类似的器件,但拥有较大的封装尺寸(8mm x 9mm、球栅阵列121,BGA121)
  • 通过嵌入诸多安全特性,有效减小占位面积,从而满足销售终端支付卡行业(PCI) 的PIN交易安全(PTS)要求,同时提供多个模拟接口
  • 提供512KB内部闪存和96KB内部SRAM

● 易于设计集成:

  • 完备的软件框架,包括实时操作系统(RTOS)集成和评估板代码示例
  • 与产品家族中的其他器件共享API软件库,可轻松将代码导入到另一台设备中
  • 提供预先认证的Europay、Mastercard和Visa (EMV)-L1堆栈,支持智能卡接口
  • 包含用于管理设备生命周期的丰富文档和代码,例如安全固件签名和设备个性设置

评价

  • “Maxim一直致力于将构建新一代器件所需的功能和接口整合在一起,这些器件集成的高级特性可以保证消费者的个人数据安全。”Maxim Integrated微处理器与安全产品事业部执行总监Gregory Guez表示:“在不牺牲优异安全特性的条件下,我们显著地缩小了MAX32558微控制器的尺寸,节约了宝贵的板上空间。同时,我们深厚累积的安全专利也有效地将客户的上市时间缩短至6个月。”

供货及价格

  • MAX32558的价格为3.80美元(1000片起,美国离岸价);可通过Maxim网站购买
  • 提供 MAX32558EVKIT# 评估板
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Holtek推出Arm® Cortex®-M0+核心的全新5V宽电压32-bit Flash微控制器HT32F502xx系列产品HT32F50220/30/31/41,最高运行速度为20 MHz,操作电压为2.5 V ~ 5.5 V单一电源,适合多种应用领域:例如安防应用、工业控制、智能家电、家庭自动化、健康医疗、电源系统等。

HOLTEK全新推出采用宽电压2.5V~5.5V供电,以Arm® Cortex®-M0+为核心的32-bit Flash微控制器HT32F502xx系列

HT32F502xx全系列的Flash容量为16 ~ 64 KB,SRAM的容量为4 ~ 8 KB,内置硬件除法器可提供更高运算效能;具备丰富的外设资源包括:12信道1 Msps SAR ADC、16信道16-bit PWM,并搭配多组高速外设如USART、UART、SPI、I2C、RTC等。此外,内建高精确度内部RC振荡器,提供20 MHz及32 kHz两种频率,具备外部晶体振荡器失效时自动切换为内部RC振荡器的安全机制,并提供多种电源管理模式、电源复位 (POR)、多级低电压检测 (LVD) 与掉电检测 (BOD) 等功能,确保系统运作的安全与稳定。

封装型式为28SOP、24/28SSOP、24/33QFN和44/48LQFP,GPIO引脚可达18 ~ 40。其中28SOP及44/48LQFP封装更具有独立电源引脚VDDIO,支持额外1.8 V ~ 5.5 V I/O工作电压,具备极佳资源与使用弹性。

开发平台除支持IAR、Keil等专业IDE厂商外,盛群提供自有低价学习板及开发工具包、ICE工具e-Link32 Pro、所有外设的驱动程序库与应用范例源代码及各种应用指南等,搭配Holtek ISP (In-System Programming)及IAP (In-Application Programming) 技术方案,可轻松升级韧体,能协助客户缩短产品开发时程。

来源:HOLTEK

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MAX32660和MAX32652基于低功耗Arm Cortex-M4,是可穿戴传感器和电池供电应用的理想选择

Maxim宣布推出超低功耗MAX32660和MAX32652微控制器,帮助物联网(IoT)传感器、环境传感器、智能手表、医疗/预防性健康可穿戴设备以及其他尺寸受限的设备延长电池寿命、增强功能。这些微控制器基于Arm® Cortex®-M4 FPU处理器核,针对功耗严格受限的高端应用设计。 Maxim的达尔文系列MCU结合了可穿戴电源管理技术,提供同等产品中最大存储容量,及业界最先进的嵌入式安全技术。

MAX32660技术细节: https://www.maximintegrated.com/cn/products/microcontrollers/MAX32660.html
MAX32652技术细节: https://www.maximintegrated.com/cn/products/microcontrollers/MAX32652.html
下载高清图片:
https://www.maximintegrated.com/content/dam/images/newsroom/2018/MAX3266...
下载MAX32660方框图:
https://www.maximintegrated.com/cn/products/microcontrollers/MAX32660.ht...
下载MAX32652 方框图: https://www.maximintegrated.com/cn/products/microcontrollers/MAX32652.ht...
了解更多Maxim达尔文系列MCU产品: https://www.maximintegrated.com/cn/products/microcontrollers/low-power-m...

MAX32660:以最小尺寸提供最强处理能力

对于需要为智能IoT应用设计更复杂算法的工程师来说,存储容量、器件尺寸、功耗和处理能力至关重要。现在的方案呈现出两个极端——拥有优异的功耗指标,但处理和存储能力有限;或者拥有强大的处理和存储能力,但功耗很大。MAX32660为设计者提供了最佳平衡,其既能访问足够的存储空间支持高级算法的运行,又能管理传感器 (256KB闪存和96KB SRAM) 。器件也拥有优异的功耗指标 (低至50uW/MHz)、极佳的小尺寸 (1.6mm x 1.6mm,WLP封装),提供高性价比。工程师现在能够构建更智能的传感器和系统,且尺寸更小、价格更低,同时拥有较长的电池寿命。

MAX32652:低功耗、可扩展存储器

随着IoT设备越来越智能,系统开始需要更多的存储器和附加的嵌入式处理器,这些器件不但昂贵且耗电大。MAX32652为设计者提供了替代方案,使其能够充分利用嵌入式微控制器的低功耗以及应用处理器的强大处理能力。MAX32652片上集成3MB闪存和1MB SRAM,工作频率高达120 MHz,为IoT设备提供高度集成的解决方案,能够实现更高的处理能力和智能化管理。集成高速外设,例如高速USB 2.0、安全数字(SD)存储卡和控制器、薄膜晶体管(TFT)显示屏以及完整的安全引擎,使MAX32652可以充当IoT设备的高级大脑,运行功耗极低。此外,器件能够通过HyperBus或XcellaBus从外部存储器执行代码,使得MAX32652可满足未来更多的设计需求,为设计者提供先进的可扩展存储器架构,满足智能设备日益增长的预期需求。

主要优势

• 超低功耗:最低功耗的有效模式,提供先进的电源管理;低功耗SRAM保持模式,延长电池寿命
• 高度集成:集成高速外设,包括SD存储卡和控制器、高速USB 2.0、TFT显示屏及外部存储器
• 安全性:充分利用业界最佳的Maxim安全工具箱,为IoT设备搭建安全传感器方案

评价

“这些微控制器提供了先进的功能,使设计者能够摆脱当前开发应用的局限。”Maxim Integrated微处理器与安全产品事业部总监Kris Ardis表示:“在过去,设计者必须优先考虑以下三个关键特性中的两个:更低功耗,更高性能或更低系统成本。而利用Maxim的低功耗微控制器,他们现在可以兼顾三者。”

供货及价格

MAX32660和MAX32652均可通过Maxim官网及特许经销商购买

提供MAX32660EVKIT#MAX32652EVKIT# 评估板,均可通过Maxim官网购买

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1.前言

近年来,嵌入式发展迅速,采用51单片机死循环的事件触发编程方式已逐渐不能满足企业对产品稳定性和安全性的要求。目前,嵌入式系统软件有VxWork、Linux、WinCE、μC/OS-II等,可出于成本和技术上的考虑,微控制器往往不会选取其进行设计。在实际应用中,往往会面临同时应付多外设、多任务的情况,则对它们的相互调度必不可少。时间触发嵌入式系统就是这样的简单实用的操作系统。

本文设计了基于AVR微控制器的时间触发多任务调度器并应用于实际。该调度器使用传递消息(message)的方式使得微控制器在多个任务及设备间切换。

2.AVR微控制器的结构特点

AVR是目前使用以该系列的ATmega128为例说明,它采用哈佛结构,RISC指令集、低功耗、片上资源丰富的特点,极大简化了外围电路,使系统更加稳定可靠。其特点为嵌入式系统设计提供了良好的硬件保证。

3.嵌入式两种触发方式的对比

在嵌入式系统中,通常采用两种本质上不同的调度方式:事件触发和时间触发。事件触发方式往往使用多级中断来实现,其发生时间具有随机性;而时间触发方式由一个全局时钟驱动,系统的行为在功能与时间上都是确定的,即具有可预测性。

3.1 事件触发方式存在的问题

嵌入式系统开发人员有一种中断事件绝不会丢失的错误观念,这往往给开发的产品带来灾难性的后果。中断事件丢失在实际应用中是一个不争的事实,产生的原因有多方面,但无外乎内因和外因两种。外因指嵌入式系统外产生的原因,这里主要指中断源信号丢失或过于频繁;而内因又可分为硬件原因和软件原因,硬件原因主要由所用嵌入式器件的中断嵌套能力所致,软件原因主要由开发者编程时对任务中断优先级设置错误以及任务处理不当所致。

例如,中断0是一个高优先级中断,而中断1是一个低优先级中断,则由高优先级中断激活的中断服务程序不能被低优先级的中断打断。于是,对第二个中断的响应将被延迟,甚至在一些情况下它有被完全忽略的可能。

如果多个中断源可能在“随机的”时间间隔产生中断,则中断响应可能被遗漏。实际上,在同时有几个有效的中断源的情况下,几乎不可能创建程序代码来正确地处理所有可能的中断组合。并且同时处理多个事件不但增加了系统复杂性,而且降低了系统在所有情况下的行为预测能力。至于使用效率,Metzner讨论并得出结论:一个包含27个任务、采用RM调度算法的事件触发系统,CPU的实际利用率仅为18%.

3.2 时间触发方式的优势

在该系统中,设计人员能够通过仔细安排可控的顺序,保证一次只处理一个事件。它的可预测性使其成为安全相关的系统的首选。

Kopetz首先提出:使用基于时间触发的合作式调度器会使得系统有非常好的可预测性。除可提高可靠性之外,使用该方式有助于减轻CPU的负荷及存储器的使用量。

4.时间触发嵌入式系统的设计

在该调度器中,定时器的设置被分离出来,并使之不依赖于编译器的数据类型以及处理器的位数,通过修改该部分可以轻松移植到多种硬件平台。系统整体方框图如图1所示:

基于AVR微控制器的时间触发多任务调度器的设计与应用

4.1 消息队列

消息队列是调度器的核心,它是用户自定义的数据类型,包括了每个任务所需要的信息。尽量将其存储在DATA区,以供快速存取。

对于基于时间触发的混合式调度器,使用如下的数据结构,对于每个任务存储器的开销仅为8个字节。即使是使用32位处理器,每个任务的开销也仅为14个字节。
基于AVR微控制器的时间触发多任务调度器的设计与应用
4.2 调度器定时器初始化函数

该函数用来产生驱动调度器的定时时标。

本文所选用AVR系列的ATmega128微控制器具有四个定时器(两个8位,两个16位),任一个都能用来驱动调度器,权衡考虑选用定时器0.

void SCH_Init_T0(void){逐个删除各个任务;停止定时器0;设置时间大小函数;使能定时器0方式;启动定时器0;}

注:在此期间不可开启总中断,即:SREG=0&TImes;80或SEI();调度器必须先设定一个默认的时间片,这并不是件简单的事。时间片过长会导致系统对交互行为的响应表现欠佳;时间片太短又会明显地增大调度器处理耗时,而留给任务运行的时间却很短。

根据笔者经验,一个较为可取的时间片是略大于一次典型的交互所需要的时间,使大多数进程在一个时间片内完成。经反复尝试,时间片选择在1~5ms之间执行效率较高,这样既可满足响应速度的要求又能把任务执行的时间降到最低。该时间与任务个数和任务运行时间均有关,具体大小视情况而定。

4.3 中断服务程序

建议该函数由CTC方式激活,当某任务需要运行时,使之处于就绪态等待被执行。该函数内容由具体任务而定。

4.4 调度器任务添加函数

该函数用来将任务添加到消息队列,以保证条件满足时被调用。

{定义静态变量i;循环判断任务队列是否有空间;若无,报错返回;否则,添加任务;}

4.5 调度函数

刷新函数虽然能够直接激活任务,但若直接运行,长任务将破坏时标中断,这意味着所有的系统定时都将受到严重影响,造成许多任务不能被调度。因此,为了在长任务存在的情况下使调度器的可靠性最大化,分离刷新和调度这两个操作是必要的。

时间触发嵌入式系统采用的是FCFS算法,为了提高系统的响应速度,必须要求DuraTIontask

void SCH_Dispatch_Tasks(void){定义静态变量i;如果运行标志位大于0,则执行该任务;该标志位清零;如果是单次任务,则将其删除;}

4.6 调度器任务删除函数

void SCH_Delete_Task(const uint8task_id){定义 静态返回值;若指针函数为空,返回空闲代码;否则,对其延迟、周期、状态等变量清零;返回代码;}

5.应用实验

以电磁炉系统为例,进一步介绍基于AVR微控制器的时间触发嵌入式系统的具体应用。

电磁炉系统是一个复杂的嵌入式系统,如图2所示,AVR要处理大量的外围设备,为便于开发,将整个程序按照硬件及功能进行模块划分,各个功能模块之间通过传递消息的方式来完成多任务的处理。

基于AVR微控制器的时间触发多任务调度器的设计与应用

针对该应用,可设计功能模块:MSGMap[],该数组由各个功能模块组成,具体子函数如表1所列,使用函数数组的方式可以增强程序的扩展能力。如果有新的外设,只需在这里添加对应的模块入口,并完成相应的模块就可以增加系统的功能。
基于AVR微控制器的时间触发多任务调度器的设计与应用

其中每个任务的运行周期间隔时间是程序中设定的参数(周期应为4ms的倍数),具体执行时间由AVR Studio测得,均应小于设定时间片4ms,否则应用将出错,需重新设定时间片大小或再次分割功能模块。其中看门狗处理任务是唯一的抢占式任务。

6.结论

实验表明,以AVR微控制器为核心的控制系统,外围扩展功能强大、开发较简单,结合以时间触发理念为内核的操作系统,设计时一次只为一个任务分配空间,每个任务的存储开销只有8个字节,采用由C语言与汇编混合式编程,简单、安全,可预测性强,尤其适用于对成本和稳定性均有要求的中小企业。随着嵌入式系统的发展,基于AVR的时间触发嵌入式系统必然有着广阔的应用前景。

转自: 畅学单片机

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