CC BY
76Компоненты и технологии, № 6'2004
Новый виток развития:
16-разрядные Flash-микроконтроллеры семейства F2MC-16LX фирмы Fujitsu
Первая статья, посвященная 16-разрядным микроконтроллерам семейства F2MC-16LX, была опубликована в «КиТ» № 5'2001, а также Консультационно-Техническим центром по Микроэлектронике (КТЦ-МК) выпущено «Справочное пособие. 16-разрядные Flash микроконтроллеры семейства 16LX фирмы Fujitsu». За это время появились новые технологии и существенно расширилась номенклатура микроконтроллеров семейства, предоставив потребителям новый набор функциональных возможностей, соответствующих запросам современного рынка.
Евгений Крылов
support@cec-mc.ru
Полная номенклатура 16-разрядных микроконтроллеров семейства Б2МС-16ЬХ приведена в таблице 1. Приборы, добавившиеся к тем, что были упомянуты в предыдущей статье, выделены полужирным шрифтом; курсивом — приборы, которые были упомянуты в материалах компании, но для которых еще не был выпущен Ба1а8Ьее1.
Основные характеристики микроконтроллеров семейства Б2МС-16ЬХ:
• 16-разрядное ядро 16ЬХ с напряжением питания 3 В.
• Высокая производительность: 4-байтовая очередь команд.
• 32-разрядный аккумулятор, обеспечивающий работу с длинными словами.
• Вычисления повышенной точности, выполняемые на 32-разрядном аккумуляторе.
• 24-разрядная внутренняя шина адреса, адресация пространства памяти до 16 Мбайт.
• Оптимизированная под контроллерные применения система команд:
- расширенные команды перемножения и деления со знаком, команда ИЕТр -команды косвенного указания и циклического сдвига;
-форматы обрабатываемых данных: бит, байт, слово, длинное слово.
• Использование указателя системного стека.
• Режимы адресации: 23 типа.
• Прерывания с расширенными возможностями: 8 уровней приоритета, большое количество источников.
• Поддержка языков высокого уровня и многозадачности, модуль задержанного прерывания, обеспечивающий переключение между задачами.
• Не зависящая от работы СРи автоматическая пересылка данных, расширенный интеллектуальный сервис 1/0 (ЕРОБ).
• Встроенная схема PLL, умножающая частоту встроенного или внешнего источника тактового сигнала, позволяющая снизить уровень электромагнитного излучения.
• Версии с субтактированным сигналом 32,768 кГц.
• Богатый набор режимов энергосбережения, режим чередующейся работы CPU.
• Современная Flash-память с внутрисхемным программированием и перепрограммированием в условиях применения.
• Блочная организация, обеспечивающая посек-торное стирание и посекторную защиту.
• Возможность организации программных «заплат».
• Богатые наборы встроенной периферии и интерфейсов, в том числе:
-интерфейс CAN;
-интерфейс младшего уровня LIN.
• Полностью статическая схемотехника малого потребления.
• Встроенные средства отладки, существенно упрощающие процесс разработки. Микроконтроллеры, рассмотренные в предыдущей статье, ориентированы на использование в первую очередь в качестве универсальных микроконтроллеров общего назначения, применяемых как в промышленности и автомобильной технике, так и в сфере потребления.
Номенклатура микроконтроллеров семейства F2MC-16LX увеличилась (табл. 1); совершенствование технологии производства позволило расширить возможности микроконтроллеров. Частота тактирования ядра в ряде случаев достигла 24 МГц, существенно увеличилось количество приборов, работающих в диапазоне напряжений питания от 2,4 до 3,6 В. Совершенствование схемотехники позволило:
• организовать у некоторых приборов двухрежимную Flash-память, обеспечивающую одновременное выполнение программы и процедуры перепрограммирования — без перезагрузки кодов в RAM;
Компоненты и технологии, № 6'2004
Двухрвжимная Flash-память
(старший банк) _____
SA9:4 кбайт
SA8:4 кбайт
SA7:4 кбайт
SA6:4 кбайт
SA5 : 16 кбайт
SA4 :16 кбайт
Операции записи/стирания выполняются из одного банка, тогда как программа выполняется из другого банка
Двухрежимная Flash-память
(младший банк)
Двухрежимная работа
Чтение
ыполнение)
Запись/
стирание
Запись/
" стирание
SA3:4 кбайт
SA2:4 кбайт
SA1 :4 кбайт
SA0:4 кбайт
ИЛИ
Чтение
(выполнение)
CPU
Рис. 1. Работа микроконтроллера МВ90Р897, оснащенного двухрежимной Р!азЬ-памятью. Пока программа выполняется из верхнего банка Р!аэЬ-памяти, нижний банк может быть использован для операций записи/стирания, или наоборот
Обычная Flash-помять
Двухрежимная Flash-помять
1. Пересылка программы из Flosh-памяти в RAM
2. Перезапись во Flash-помять
1. Перезапись Flosh-памяти
Рис. 2. Последовательность операций при процедурах перезаписи обычной Р!азЬ-памяти и двухрежимной Р!аэЬ-памяти.
При инициировании процедуры перезаписи памяти оснащенных обычной Р!а$Ь-памятью микроконтроллеров коды программ должны быть перегружены в |?ДМ, поскольку одновременное выполнение процедур перезаписи и исполнения программ в обычной Р!азЬ-памяти невозможны.
Двухрежимная память, организованная в виде двух банков, способна выполнять программу, находящуюся в старшем/младшем банке, при одновременном перепрограммировании/стирании младшего/старшего банка
• организовать на выводах I/O, в дополнение к логическим уровням CMOS, программирование так называемых «автомобильных уровней»;
• реализовать на быстродействующих приборах модуляцию сигнала тактирования, снижающую уровень EMI;
• существенно увеличить количество приборов, работающих в диапазоне температур от -40 до +105 °C.
Фирма Fujitsu первой в мире выпустила 16-разрядные микроконтроллеры с двухрежимной (Dual-Operation) Flash-памятью, оснастив ею ориентированный на использование в автомобилях микроконтроллер MB90F897.
Двухрежимная Flash-память позволяет выполнять перезапись содержимого одновременно с выполнением программы из Flash-памяти, устраняя потребность в перемещении программы в RAM (рис. 1 и 2). Следовательно, одним из преимуществ двухрежимной памяти стало исключение возможности потери кодов, перемещенных в RAM при отказе питания и, кроме того, исключение затрат времени на перегрузку кодов программы.
Другое преимущество двухрежимной Flash-памяти — она может быть использована для сохранения различных типов данных на время отключения питания; двухрежимная Flash-память исключает потребность в EEPROM и связанных с этим внешних компонентах, что способствует снижению общей стоимости устройства.
В микроконтроллере MB90F897 двухрежимная память организована в виде двух банков, в каждом из которых имеются по четыре EEPROM-подобных сектора небольшого объема (по 4 кбайт, рис. 1), обеспечивающих необходимый объем для записи данных.
Отметим высокое быстродействие процедуры записи в двухрежимную Flash-память — типовое время записи 32 мкс/байт, что заметно быстрее, чем у EEPROM, и повышенную надежность записи данных — дан---------------------www.finestreet.ru -
ные записываются в память без прохождения по внешним связям, чем исключается искажение данных на линиях пересылки, вызванное внешними шумами.
С использованием двухрежимной РЫЬ-памяти упрощается внедрение новых усовершенствований, например, управление средой обитания, безопасностью и связью в автомобилях, включая сохранение информации о текущих (или типовых) настройках и режимах, а также накопление информации по эксплуатации автомобиля («черный ящик») для дальнейшего изучения.
Кроме того, РЫЬ-память обеспечивает одновременно с процедурой перепрограммирования обработку прерываний. Микроконтроллеры фирмы РиД^и с обычной РЫЬ-памя-тью не способны обрабатывать прерывания во время выполнения переписанной в ИЛМ программы (при перепрограммировании Р1а8Ь-памяти). После выдачи команды записи/стирания программное обеспечение должно проверять соответствующий флаг с тем, чтобы
определить, действительно ли завершена процедура записи/стирания. И лишь после завершения этой процедуры может быть начата обработка поступившего запроса прерывания.
В микроконтроллерах с двухрежимной БЫИ-памятью сформированные любым источником программы могут выполняться сразу по выполнении команды записи/стирания, допуская таким образом обработку других программ после выдачи команды записи/стирания (рис. 3). Таким образом, процедуры записи/стирания блоков БЫИ-памяти выполняются непосредственно в процессе управления системой.
Векторы прерываний, находящиеся, например, в старшем банке, при необходимости перезаписи старшего банка пересылаются в младший банк ИазЬ-памяти и наоборот. Таким образом, управление на основе прерываний обеспечивается при перезаписи любого банка.
Микроконтроллер МВ90Б897 оснащен устанавливаемыми битами защиты секторов. Установка такого бита в состояние 0 активи-
Обычная
Flash-ггамять
CPU
RAM
Flash-помять
Предшествовавшая процедура Время ожидания Последующая процедура
Команда стирания Команда READ Команда READ
Стирание
Большее быстродействие
Команда
READ
Двухрежимная
Flash-помять
Рис. 3. Последовательность перезаписи Fhsh-памяти при использовании прерываний
Компоненты и технологии, № 6'2004
Таблица 1. Номенклатура !6-разрядных микроконтроллеров семейства F2MC-l6LX фирмы Fujitsu
Тип прибора Частота CPU, МГц їг нк 1 * e ее кти на э & z t В Напряжение питания, В Объем Fiosh-памяти, кбайт Объем RAM,, кбайт Многофункциональные модули 16-разрядный таймер свободного счета Сравнение выхода Захват входа PPG, каналов/каналов, разрядов/разрядов -р ф ф рм ей па й т ый si s.s 3 s. ?■ s 2 s 1з ADC, каналовхразрядов, время преобразования, мкс DAC, каналов, время преобразования, мкс Интерфейс CAN, каналов в о л а н s «.T йс фей р те н И Последовательный I/O, каналов UART, каналов Драйверы двигателей, каналов Драйвер LCD Другая периферия, особенности (DIPj/внешние прерывания Выводов I/O, до Внешняя шина, сигналы CS, адресное пространство Потребление, мВт Диапазон рабочих температур, °C Корпус/ шаг выводов
MB90F334 24 4/32l) 3,3 384 24 I/O T 4 4 6/3, 8/l6 16x10, 7,16 3 l 4 USB1.1, функция мини-хост, таймер измерения ширины импульсов 94 + l MB LQFPl20/ 0,4/0,5
MB90F337 64 4 4/2, 8/l6 45 QFP64/0,65
MB90F342/C(S) MB90F343/C(S) MB90F345/C(S) MB90F346A/CA(S) MB90F347A/CA(S) MB90F349/C(S) 24 4/50l) 3,5 -5,5 256 384 512 64 128 256 l6 20 20 6 l6 2xI/O l6/8, 8/l6 4 16/24x10 3 (с индексом C 24 канала) 2 2 23) 4 LIN pDMAC, монитор и модулятор сигнала тактирования l6 82 + 340 -40 ~ l05 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F351(S) MB90F352/C(S) 24 4/50l) 3,5 -5,5 64 128 2 4 2xI/O 4 l0/6, 8/l6 4 15x10, 3 l4) l3) LIN pDMAC 51 + 4 МВ 320 -40 ~ l05 LQFP64/0,65
MB90F361(S) MB90F366(S) 24 4/50l) 3,5 -5,5 32 I/O T 4, 8/l6 15x10, 3 LIN Двухрежимная Flash 4 QFP48
MB90F372 MB90F377 l6 4/322) 3,3 -3,6 64 -/3, -/l6 4 12x10, 6,2 2, l2,5 l + M + Битовый декодер, генератор четности, 3 канала интерфейса PS/2, интерфейс шины LPC, интерфейс UPI, контроллер последовательных прерываний, многоадресный I2C, контроллер/драйвер LCD 4x9, мост I2C/ многоадресный I2C, компаратор напряжения батареи, Wake Up l20 200 -40 ~ 85 LGFPl44/0,4
MB90F387(S) l6 4/8,2l) 3,5 -5,5 64 I/O T 4 4/2, 8/l6 8x10, 6,13 l4) 4 вывода на 30 мА 4 36 245 -40 ~ l05 LQFP48/0,5
MB90F394H 20 5/- 3,5 -5,5 384 l0 2xI/O (Tl) (T0) l2/6, 8/l6 8x10, 4,9 l l + 2LIN 6 (DC) Генератор звука, часы реального времени, модулятор сигнала тактирования 96 800 -40 ~ 85 LQFPl20/0,5
MB90F423GA/B/C l6 4/322) l28 4 3, l6 8x10, 6,13 24) 4 (DC) + Контроллер/драйвер LCD 4x24, генератор звука (8-разр. PWM), часы реального времени 58 500 -40 ~ l05 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F428GA/B/C l4)
MB90F438L(S) MB90F439(S) l6 4/32l) 3,5 -5,5 128 256 4 I/O T 4 4, 8/l6 8x10, 26,3 l 8l + l6 MB 500 -40 ~ l05 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F443G l6 4/32 128 I/O T 2/4 6/8 4, 8/l6 8x10, 6,13 l 81 + l6 MB 500 -40 ~ l05 QFPl00/0,65
<s> <s> <s> SSI ООО 999 BBB MMM l6 4/8,2l) 3,5- 5,5 24 32 64 2 2 I/O T 4 4/2, 8/l6 8x10, 6,13 4 вывода на 30 мА, корпус 7x7 мм 4 36 245 -40 ~ l05 LQFP48/0,5
MB90F462 MB90F463 l6 4/- 64 l28 МФТ 4 1 8 l0, 6,l3 AC, DC 3 канала формирователя импульсов (МФТ), формирователь последоватовательных импульсов (МИГ), счетчик измерения ширины импульсов (2 канала), 5l 300 -40 ~ 85 QFP64/0,65 QFP64/l,0 SDIP64/l,78
МИГ 1
MB90F474L/H MB90F476A l6/ 20 5/32 2,4 -3,6 256 192 l6 4 I/O T 6/3, 8/l6 8x10, 4,65 2 pDMAC, 8/16-разрядный реверсивный счетчик/таймер, 3 канала счетчика ширины импульсов, формирователь меандра 84 + 4CS 4l0 -40 ~ 85 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F481 MB90F482 25 5/32 2,4 -3,6 192 256 4 I/O T 6/3, 8/l6 8x10, 3,68 2 pDMAC, 8/16-разрядный реверсивный счетчик/таймер (6 входов сигналов событий) 84 + 4CS 320 -40 ~ 85 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F487 MB90F488 25 5/32 2,4 -3,6 l92 256 l0 l0 I/O T 6/3, 8/l6 8x10, 3,68 2 pDMAC, 8/16-разрядный реверсивный счетчик/таймер (6 входов сигналов событий), формирователь меандра, 3 канала таймера измерения ширины импульсов 84 + 4CS 320 -40 ~ 85 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F497G MB90F498G l6 4/8,2 64 l28 I/O T 4 4/2, 8/l6 8x10, 6,13 49 + 3l5 -40 ~ l05 QFP64/l,0 LQFP64/0,65
MB90F523B l6 4/32 3,0 -5,5 l28 4 I/O T 2,l, 8/l6 8x10, 10,2 2, l2,5 2 + Контроллер/драйвер LCD 4x32, 8/16-разрядный реверсивный счетчик 85 300 -40 ~ 85 QFPl20/0,5 LQFPl20/0,4
MB90F543/G(S) l6 4/32l) 128 I/O T 4 4, 8/l6 8x10, 26,3 l 8l + 500 -40 ~ l057) QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F546G(S) MB90F548G(S) MB90F549/G(S) 256 128 256 8 4 6
MB90F553A l6 4/- l28 4 I/O T 4 4 6/3, 8/l6 8x10, 26,3 2 Монитор сигнала тактирования 83 + 450 -40 ~ 85 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F562/B MB90F568 l6 4/- 3,3 64 128 4 МФТ 4 6/3, 8/l6 8x10, 6,13 AC В составе МФТ 3 канала 8-разрядного формирователя импульсов с 12 независ. выходами управления двигателями 5l 300 -40 ~ 85 QFP64/l,0 LQFP64/0,65 DIP64/l,78
MB90F574/A l6 4/32 256 l0 I/O T 4 2/l, 8/l6 8x10, 26,3 2, l2,5 3 8/16-разрядный реверсивный счетчик, монитор сигнала тактирования 97 + 8CS 800 -40 ~ 85 QFPl20/0,5 LQFPl20/ 0,4/0,5
MB90F583C/CA l6 4/322) l28 I/O T 4 2/l, 8/l6 8x10, 34,7 (на 12 МГц) 2, l2,5 Шина IEBus, 16-разрядный таймер измерения ширины импульсов, монитор сигнала тактирования 77 + 300 -40 ~ 85 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F59lA/G MB90F594A/G l6 4/- 5 384 256 ~ 6 I/O T 6 6 l2/6, 8/l6 2 8x10, 26,3 2 l 3 4 DC Генератор звука, часы реального времени 8 78 500 -40 ~ 85 QFPl00/0,65
MB90F598/G 128 ~ I/O T ~ ~
MB90F80x 25 4/32 3,3 256 l6 I/O T 2 2 4/2, 8/l6 3 8x12, 5,9 (на 16,8 МГц) 2 2 + Контроллер/драйвер LCD 4x48, выходсигнала тактирования 4 70 -40 ~ 85 QFPl00/0,65
MB90F867A(S) 24 4/50l) 3,5 -5,5 128 6 2xI/O T 2 8 8 l6/8, 8/l6 4 16/24x10, 3 2 ”T LIN pDMAC, монитор сигнала тактирования 90F347 без CAN l6 82 + 340 -40 ~ l05 QFPl00/0,65 LQFPl00/0,5
MB90F897(S) l6 4/8,2l) 3,5 -5,5 64 2 I/O T 4 4/2, 8/l6 2 8x10, 6,13 l4) 2 Двухрежимная Flash, 4 вывода на 30 мА 4 36 297 -40 ~ l05 LQFP48/0,5
Є-
Компоненты и технологии, № 6'2004
1. Датчик температуры охлаждающей жидкости
2. Датчик температуры внешнего пространства
3. Датчик температуры испарителя
4. Датчик детектора выхлопа
5. Датчик температуры салона
6. Датчик влажности
7. Детектор положения (угла поворота) вала двигателя
8. Датчик температуры воздушной смеси
9. Уровень громкости
Шина CAN
Шина UN
nnnnnnnnnnnnnrrnn
=,
і Управление |
= подъемным =
щ верхом і
*—
uuuuuuuuuuuuuuuu
Регулятор подачи воздуха
Селектор отбора внешнего или внутреннего воздуха Селектор заборника воздушной смеси
<= A/D A/D
=^= A/D A/D
A/D A/D
A/D A/D
A/D A/D
Blower fan
Двигатель нагнетающего вентилятора
UART/LIN
тТТОШТги и и щи и и и и и
Шина 12С
Компрессор
Рис. 4. Конфигурация типовой системы кондиционирования салона автомобиля
рует (разрешает) функцию защиты сектора, предохраняя этим соответствующий сектор от нежелательной записи/стирания. При установленном в состояние 0 бите изменение его состояния на состояние 1 (чтобы разрешить запись/стирание) запрещено до тех пор, пока каким-либо фактором не будет сгенерирован сброс. Этим гарантируется, что блоки Иа8Ь-памяти полностью защищены от нежелательной записи/стирания даже в случае выхода программы из-под контроля.
В дальнейшем компания намерена развивать направление микроконтроллеров с двухрежимной БЫИ-памятью.
Поскольку микроконтроллер МБ90Б897, как уже отмечалось выше, предназначен для использования в автомобильной технике, в нем реализованы линии 1/0 общего назначения с так называемыми «автомобильными уровнями входа». Автомобильные уровни входа задаются записью соответствующих битов в регистры состояний линий 1/0, как и традиционные СМ08-уровни, и отличаются от них расширенным до 0,5 Vcc, против
0,3 Vcc, максимальным значением низкого уровня логического сигнала (логического 0). Автомобильные уровни входа обеспечивают реализацию систем управления с повышенной устойчивостью к шумам, позволяя четче распознавать низкий уровень сигнала, спо-
собствуя улучшению надежности работы системы управления в целом.
Для использования преимущественно в автомобилях были разработаны и микроконтроллеры серий MB90340 и MB90345. Эти микроконтроллеры, располагающие большими объемами Flash-памяти (до 512 кбайт), контроллерами интерфейса CAN (как и микроконтроллер MB90F897) и I/O с «автомобильными уровнями входа», были выпущены раньше, чем микроконтроллер MB90F897, и не оснащены двухрежимной памятью. В то же время, ядра микроконтроллеров серий MB90340 и MB90345 способны работать с частотой тактирования 24 МГц, что на 50% выше, чем у ранее разработанных микроконтроллеров (16 МГц). Эти микроконтроллеры оснащены многоканальным (до 24 каналов) 10-разрядным ADC с минимальным временем преобразования 3 мкс, модулем модулятора сигнала тактирования, способствующим снижению уровня электромагнитного излучения, и четырьмя модулями UART с возможностями LIN-интерфейса, на котором в автомобилях реализуются, в частности, сети нижнего уровня. Описание модулей модулятора сигнала тактирования и LIN-интерфейса приведено в «Справочном пособии» [1] на примере микроконтроллера серии MB90390.
Пример реализации системы управления кондиционированием салона автомобиля на основе микроконтроллера серии MB90340 или MB90345 показан на рис. 4.
Впрочем, у микроконтроллеров существует множество других областей применения.
Действительно, мировой автомобильный рынок колоссален. Даже в России существуют островки потребления автомобилей высокого класса, с локальными сетями, использующими большое количество микроконтроллеров. Тем не менее рынок потребительских товаров может поглотить во много крат большее количество микроконтроллеров. Тем более российский рынок потребительских товаров.
Вероятно так же рассуждали специалисты фирмы Fujitsu. И, возможно, что такого рода соображения побудили разработчиков фирмы Fujitsu расширить номенклатуру, ориентированную на использование в промышленности, в сторону рынка товаров массового применения. Так были начаты работы над 16-разрядными микроконтроллерами серий MB90800, MB90330/35 и MB90370.
В таблице 1 обозначения микроконтроллеров серий MB90800 и MB90330/35 напечатаны курсивом. Это означает, что к моменту подготовки статьи на эти приборы отсутствовали Data Sheet. Прибор MB90370 в таблице не указан. Тем не менее нужно предста-
Примечания к таблице:
1) субтактирование только у приборов с индексом S;
2) в приборах с индексом A субтактирование отсутствует;
3) интерфейс I2C имеется только у приборов с индексом C;
4) каналы CAN с функцией Wake Up;
5) прибор MB90F439(S) работает при напряжении питания 5 В;
6) на частотах до l6 МГц возможна работа при температуре окружающей среды l25 °C;
7) приборы MB90F543 и MB90F549 работают в диапазоне температур от -40 до 85 °C.
I/O T: I/O-таймер, серым выделены входящие в его состав функциональные блоки
МФТ: многофункциональный таймер, серым выделены входящие в его состав функциональные блоки МИГ: многоимпульсный генератор, серым выделены входящие в его состав функциональные блоки CS: выводы выбора внешних кристаллов
Оснащенная средствами защиты Flash-память выделена полужирным шрифтом
Стандартные функции: системные таймеры (обычно: таймер временной базы, таймер формирования временных промежутков, сторожевой таймер), режимы энергосбережения, «заплаты» в программах, формирование задержанного прерывания (не все серии), выбор 8- или 10-разрядного разрешения ADC, встроенная схема PLL, механизмы автоматической пересылки данных
Полужирным шрифтом отмечены приборы, не вошедшие в статью, опубликованную в «КиТ» № 5'200l Курсивом отмечены приборы, не имеющие пока DataSheet.
Компоненты и технологии, № 6'2004
Мини-хост
у
Телевизор
Мини-хост
1ВЫ«1111111
М J
_k" nL
Музыкальный
центр
Рис. 5. Примеры использования функции мини-хоста USB
вить эти приборы и их основные особенности, основываясь на опубликованной фирмой информации.
Главная особенность микроконтроллеров серии MB90800, ориентированных на применение в аудио-, видеоаппаратуре, в критичных к потреблению мобильных применениях, в домашней аппаратуре — контроллер LCD-дисплея, способный управлять 192 элементами отображения (формат 4x48). Разработка этих приборов стала ответом фирмы на потребность современной аппаратуры потребительского назначения в недорогих дисплеях с расширенными возможностями отображения как символьной, так и графической (сегментной) информации. Другие особенности:
• частота тактирования ядра до 25 МГц;
• напряжение питания 3 В;
• 12-канальный ADC, обеспечивающий работу с большим количеством датчиков;
• большое количество коммуникационных функций;
• типовая периферия: таймеры, PPG и т. п.
В микроконтроллерах серий MB90330/
MB90335 реализована новая для микроконтроллеров 16LX функция — встроенный интерфейс USB. Сегодня USB используется как стандартное оборудование коммуникационного интерфейса не только в периферийных устройствах PC, но также и в качестве хостов, с которыми соединяются домашние устройства типа цифровых камер, аудиоустройств и телефонов. Для полной реализации современных функциональных возможностей этих оснащенных USB применений необходимы высокопроизводительные микроконтроллеры, располагающие большим объемом памяти, способные организовать интерфейс человек-машина, реализовать другие коммуникационные функции. Именно для этих целей фирма Fujitsu и разработала микроконтроллеры серий MB90330/MB90335, открыв новое направление применения микроконтроллеров семейства F2MC-16LX.
Функция USB новых приборов, поддерживающая до шести оконечных точек, обеспечивает производительность до 12 Мбайт/с с поддержкой пересылок control/interrupt/bulk/
isochronous. Микроконтроллеры, кроме обычной функции USB, реализуют также функцию мини-хоста USB, обеспечивающую обмен данными между USB-устройствами без посредничества PC. Функция мини-хост поддерживает и низкоскоростную (1,5 Мбайт/с) и полноскоростную работу (12 Мбайт/с), однако не поддерживает функцию хаба и изохронных пересылок.
По сравнению с 8-разрядными микроконтроллерами, оснащенными USB, микроконтроллеры серий MB90330/MB90335 имеют:
• более высокоскоростное CPU (при частоте тактирования CPU 24 МГц частота USB составляет 48 МГц);
• большие объемы памяти;
• многоканальные аналого-цифровые преобразователи;
• UART;
• интерфейсы I2C.
Все это обеспечит гибкую поддержку не только периферийных устройств PC, но и перспективных домашних цифровых применений, оборудуемых USB, типа телевизионных приемников, аудиоаппаратуры, телефонов и пр.
Оснащенные USB микроконтроллеры серии MB90330, располагающие интерфейсом внешней шины, упакованы в 120-выводные корпуса LQFP с шагом выводов 0,4 или 0,5 мм, тогда как приборы серии MB90335 размещены в 64-выводных корпусах QFP. Это лишний раз свидетельствует о стремлении фирмы предоставить пользователям микроконтроллеры минимальных размеров (в таблице показаны приборы даже в 48-выводных корпусах с размерами 7x7 мм). Однако при сокращении количества выводов приходится жертвовать некоторыми функциями: приборы серии MB90335 не имеют внешней шины, исключен многофункциональный модуль и еще ряд функций.
Наверняка многие еще помнят утверждение начала 80-х годов, что микроконтроллер такой же универсальный компонент, что и транзистор, — его можно использовать практически в любом применении. Для специальных применений разрабатывались
и изготавливались заказные приборы. Развитие технологии проектирования и производства позволило собирать из стандартных функциональных модулей микроконтроллеры с набором функций, наиболее близко соответствующих конкретному применению. Тем не менее фирма Fujitsu, разрабатывая микроконтроллеры семейства 16LX, придерживалась принципа предоставления пользователю микроконтроллеров с максимальной универсальностью для разнообразных применений, как в промышленных контроллерах, так и в товарах потребительского назначения. Микроконтроллеры серий MB90330/ MB90335 уже довольно далеко ушли от понятия «универсальный», еще дальше от этого понятия ушли микроконтроллеры серии MB90370.
Микроконтроллеры серии MB90370 — клавиатурные контроллеры с хост-интерфейсом и функцией управления потреблением, предназначенные для использования в ноутбуках.
Тенденция ко все большему уменьшению габаритов ноутбуков требует всемерного сокращения площади устанавливаемых в них печатных плат. В свою очередь, сокращение площади печатных плат требует использования приборов в миниатюрных корпусах со все большим уровнем интеграции функций в едином кристалле. Ответом фирмы Fujitsu на эти требования и стали микроконтроллеры серии MB90370.
Новые приборы оснащены интерфейсом управления PS/2, шиной LPC (Low Pin Count) и последовательным IRQ для связи с CPU компьютерной системы. Средства управления потреблением, компаратор мониторинга батарейного питания и шина многоадресного I2C (с поддержкой SM bus Rev 1.1) способствуют снижению потребления контроллера клавиатуры. В микроконтроллерах серии организованы и стандартная для семейства периферия, в том числе и контроллер LCD форматом 4x9, ADC, DAC, UART, PPG и таймеры.
Остановимся на новых для семейства 16LX функциях, реализованных в микроконтроллерах серии MB90370.
Шина LPC (Low Pin Count) — новый интерфейс, идущий на замену ISA (внутренняя шина PC). Шина LPC обеспечивает сокращение количества используемых линий на плате и количества контактов соединителей, что способствует получению компактной платы. Обмен данными синхронизируется тактовым сигналом PCI (33 МГц).
Последовательный IRQ. В отличие от обычного IRQ, поступающего по параллельным линиям, последовательный IRQ передается по одиночной линии, что актуально для мобильных PC, где очень важно уменьшение размеров соединителей и снижение количества выводов. Прибор поддерживает и непрерывный режим, и режим одиночных запросов, и способен запрашивать до 6 типов хост-прерываний.
Компаратор управления потреблением способен устанавливать гистерезис при обнаружении подключения питания через адаптер сети переменного тока, способен вести мониторинг напряжения батареи и обнаруживать отключение батареи. Возможность детектиро-
Компоненты и технологии, № 6'2004
ICH
(Хаб контроллера I/O)
LPC
Шина LPC (Low Pin Count)
LCD-панель
[ш z'11
LPC
Сетевой адаптер
Встроенное -координатное устройство
Клавиатура PS/2
Встроенная клавиатура
nnnnnnnnnnnnnnnn
LPC Сканер клавиатуры
Контроллер LCD Компаратор
PS/2 SM bus
PS/2
PS/2 Схема моста
МВ90370
ииииииииииииииии
Рис. 6. Конфигурация системы ноутбука с использованием микроконтроллера серии МВ90370
/
Батарея 1
Э
Батарея 2 Батарея 3
вания заданного напряжения от внешнего источника позволяет реализовать эффективную стратегию управления батареями в потребительских системах. Компаратор поддерживает до трех батарей с программным выбором управления параллельным или последовательным разрядом.
I2C и многоадресная I2C (MI2C). Микроконтроллеры серии MB90370 поддерживают три функции, предоставляемые шиной SM bus Rev 1.1 для минимизации загрузки программных средств: автоматическое вычисление ошибок управления пакетами (Packet Error Checking), автоматическое обнаружение простоев тактирования LOW и автоматическое обнаружение накопленных простоев тактирования LOW. Более того, компоновка функции обнаружения стартовых условий I2C (SDA line startup) и активации из режима Stop делает его способным принимать данные во время режима Stop.
При использовании многоадресной I2C любой из шести дополнительных адресов может быть установлен как адрес ведомого.
В сочетании со схемой моста поддерживается и система управления батареями Smart Battery System Manager Rev 1.1.
3-канальный интерфейс PS/2 обеспечивает связь с любой клавиатурой, мышью или координатным устройством, поддерживающими PS/2.
Более того, терминал сигнала тактирования устройств PS/2 оснащен функцией прерывания обнаружения падающего фронта сигнала тактирования, что позволяет организовать программный прием данных. Прибор способен выполнять контроль четности принятых программным способом данных. Двойная поддержка (аппаратного приема данных и программного приема данных) увеличивает надежность принимаемых данных.
Примечательно, что Data Sheet на микроконтроллеры серии MB90370 уже существует.
Однако в материалах, показанных представителями Европейского Центра Разработки микроконтроллеров фирмы Fujitsu (EMDC — European Microcontroller Design Center) на проходившей в Москве в мае 2004 года выставке «ЭкспоЭлектроника», эта серия не фигурирует. Мы предполагаем, что специалисты фирмы рассматривают эти приборы как заказные и изготавливают их только для конкретного заказчика. Надеюсь, что представленная здесь информация будет интересна для читателя, поскольку некоторые решения могут быть реализованы в перспективных приборах семейства.
О перспективах развития 16-разрядных микроконтроллеров удалось поговорить с теми же представителями EMDC фирмы Fujitsu. Как оказалось, дальнейшее развитие 16-разрядных микроконтроллеров пойдет на основе нового ядра, получившего обозначение 16FX, вычислительная мощность которого будет раз в пять выше, чем у ядра 16LX. Так, частота тактирования ядра будет составлять 48 МГц с дальнейшим ростом до 64 МГц. Будет увеличена относительная производительность (MIPS/МГц) и относи-
тельное потребление (MIPS/мВт) с доведением тока до уровня менее 1 мА/МГц. Другими важными особенностями будут: использование таких интерфейсов отладки, как JTAG или Nexus, использование корпусов с количеством выводов от 144 до 30. Еще одной важной особенностью является то, что микроконтроллеры на основе ядра 16FX будут исполнять ассемблерный исходный код ядра 16LX.
По официальным заявлениям начало поставок первых образцов микроконтроллеров на основе ядра 16FX предполагается только в 2005-2006 годах. Тем не менее в частной беседе прозвучало, что эти сроки определены с большим запасом и новые 16-разрядные приборы могут появиться значительно раньше. НМ
Литература
1. Справочное пособие. 16-разрядные Flash-микроконтроллеры фирмы Fujitsu. М.: Консультационно-технический центр по микроконтроллерам. 2001.
2. http://www.cec-mc.ru.
3. http://www.fme.fujitsu.com.
