TX03

上一期的芝识课堂,我们带大家一起认识了东芝应用广泛的TX03系列微控制器,并且重点介绍了TX03系列中部分产品组的主要特点和应用领域。在MCU中,内核是关键单元,要应用好TX03系列MCU必须要先了解该系列所基于的Arm® Cortex®-M3内核。本期内容开始,芝子将向大家介绍Arm® Cortex®-M3内核的特点和各基本单元。

东芝的TX03系列是基于Arm® Cortex®-M3内核设计的MCU,让我们先来一起认识Arm® Cortex®-M3处理器的基本功能,方框图如图1所示。它由一个主核模块、一个控制中断的NVIC(内嵌向量中断控制器)模块、一个支持调试的功能模块和一个与外围电路进行外部连接的接口模块组成。

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图1 内核结构方框图

根据图1可知,Cortex®-M3主核采用三段式流水线配置。[Fe]是读数阶段,读取PC(程序计数器)指示的存储器地址的指令;[De]作为解码阶段,对指令进行解码,并确定执行阶段的执行控制;[Ex]是执行阶段,通过Shift和ALU(算术逻辑单元)执行四则运算、逻辑运算、乘法和除法等运算,并执行加载和存储,寄存器在此阶段更新;最后[MUL/DIV]代表乘法/除法。

针对Arm处理器中断响应的问题,Cortex®-M3在内核上集成了NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC模块可挂起正在主核上运行的计算处理,并控制切换到优先处理。它支持系统异常和中断的发生,如果在异常处理过程中需要有一个高优先级的异常中断,NVIC块将:

1、暂停正在处理的异常

2、启动高优先级的异常处理

3、完成高优先级的异常处理

4、恢复中断的异常处理

它可以控制嵌套,即异常中断处理。此外,它还包括调试控制功能和SysTickTimer,即操作系统(OS)进行任务管理的硬件定时器。

Cortex®-M3处理器具有R0至R15寄存器。R0至R12是通用寄存器。R13是可配置区域的寄存器,可以在两种堆栈指针之间切换。R14是链接寄存器,R15是程序计数器。此外,还有控制Cortex®-M3处理器特殊功能的特殊寄存器。寄存器分配如图2所示。

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图2 寄存器分配示意图

图片上蓝色部分寄存器均为通用寄存器,用于输入算术单元(ALU)的数据,输出计算结果,传输存储器中储存数据的操作等。寄存器R15(PC)和R14(LR)用于控制程序执行顺序,而寄存器R13则用于堆栈指针。

特别要注意的是,Arm® Cortex®-M3内核在异常/中断处理程序的开始和结束时会自动执行入栈和出栈功能。可自动执行入栈和出栈的寄存器有8个,分别是R0、R1、R2、R3、R12、R14、R15和xPSR。

我们来看看如图3所示的在发生异常/中断事件时,程序流程示例中的入栈和出栈操作。

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图3 异常/中断事件时,程序流程的入栈和出栈操作图

此外,Arm® Cortex®-M3还在内核水平上搭载了若干特殊功能寄存器,主要可分为三组:状态字寄存器(三合一)、中断屏蔽寄存器、控制寄存器。具体功能及描述可看图4。

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图4 Arm® Cortex®-M3内核特殊寄存器功能概述

通过今天的芝识课堂,我们带大家从内核的基本结构入手,不仅学习了流水线的基本流程,还了解了该内核的寄存器相关知识和分配的规则。在随后的芝识课堂中,我们将会继续跟大家一起学习Arm® Cortex®-M3内核的操作模式和其他功能单元,请大家持续关注芝识课堂,别错过最详尽的MCU基础功能介绍哦!

来源:东芝半导体

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芝识课堂用了大量的篇幅给大家介绍电机系统的开发和应用基本技巧,并且特别介绍了用于产生控制信号的逻辑IC。随后的几期芝识课堂,我们将跟大家一起来了解电机控制系统最重要的核心器件之一—微控制器(MCU),并以东芝应用广泛的TX03系列微控制器为例,为大家讲解MCU的各种基本知识和应用开发技巧。

适用于多种应用的TX03系列微控制器采用32位CPU Arm® Cortex®-M3内核,通过集成不同的功能单元,通用型TX03系列MCU可以支持数字电视、数字音频、电机应用设备、厨房电器、家用电器、工业设备、办公自动化设备、车载设备等多种应用。高能效且低功耗是东芝MCU最突出的特点,TX03系列微控制器通过时钟电源以及控制外部中断信号类型转换的时钟发生器块(CG块)来控制低功耗模式。

TX03系列微控制器面向各种不同应用开发的实际需求,提供具有不同功能单元的产品,您可以根据自己的需求选择最适合的产品,具体产品面向应用和功能如图1和图2所示。

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图1 东芝TX03系列MCU的家族系列

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图2 东芝TX03系列MCU不同型号的

主要应用领域和核心功能

电机控制应用一直是日系MCU的重点应用领域,并且具有完善的解决方案和突出的软硬件技术优势。东芝TX03系列MCU,配合MCD(Motor Control Driver)的功能,在需要低电压、高电流的直流马达驱动应用上能够帮助客户设计出非常贴近市场需求的设计。TX03系列中的M370组是专门针对民用级电机控制应用推出的,它搭载了东芝独特的矢量引擎(Vector Engine,简称VE),在矢量控制过程中大量的数学计算可由系统自主完成,从而改善了电机控制,并在减少组件数量的同时降低能耗和功耗,优化了系统设计空间和成本。M370系列非常适合用于需要高可靠性、工作效率和精准变速控制的直流无(BLDC)电机控制应用,如用于洗衣机、空调、电冰箱、泵、变频电机控制设备等。

TX03系列M340组微控制器则主打高度精确的机械控制。其搭载了东芝独创的协处理器“PSC",可以以一颗MCU直接实现两个同步控制,从而节约系统的整体空间和成本。在例如控制数码相机镜头的马达应用中,可以对多种机械进行高度精确的同步控制,还有助于减少材料和缩小印刷电路板尺寸。

TX03系列M380组微控制器内置了用于电机电路的3相控制的专门PWM,具有多项故障安全检测功能,适用于工业或电器设备应用中常见的大电流、低成本数字控制,例如电饭煲、电磁炉、微波炉、电冰箱等。

强大的Arm® Cortex®-M3内核为东芝TX03系列赋能,使其拥有丰富的产品线。在随后的芝识课堂,我们先带大家从认识Arm® Cortex®-M3内核开始,逐步掌握TX03系列MCU的开发实战技巧。

来源:东芝半导体

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