CC BY
47KiT#3 0(4)_Olia_new.qxd 11/12/04 5:29 PM Page 9 0
Компоненты и технологии, № 4'2003
Продолжение. Начало в № 2'2003
Программируемые системные приборы фирмы STMicroelectronics
Часть 2. «Классические» и специализированные приборы PSD
В данной статье рассматриваются особенности архитектуры приборов PSD, как «классических», обладающих всеми свойствами и преимуществами архитектуры PSD, так и специализированных, ориентированных на конкретные применения.
-ф--
Евгений Крылов
belvi@cec-mc.ru
П реимущества, предоставляемые пользователям приборами PSD, и достоинства PSD, в том числе поддержка практически любых 8- и 16-разрядных микроконтроллеров (даже 32-разрядных в 16-разрядном режиме), возможность внутрисистемного программирования (In-System programming — ISP) и программирования в условиях применения (In-Application Programming — IAP) были упомянуты в предыдущей статье. Теперь вкратце рассмотрим особенности архитектуры приборов PSD, их работы и использования.
При рассмотрении архитектуры приборов PSD возьмем за основу прибор серии PSD813F2, как «классический» прибор поддержки 8-разрядных микроконтроллеров,
Блок-схема прибора семейства PSD813F2 представлена на рис, 1,
Приборы семейства PSD8xx содержат:
• блок основной Flash-памяти;
• блок вторичной (загрузочной) памяти Flash или EEPROM;
• блок SRAM;
Таблица 1. Номенклатура приборов серий PSD8xx/9xx и PSD4xxx
Тип прибора Выводов I/O Входов PLD Макроячеек Входа Выхода Выходов PLD Порт JTAG ISP программирования Основная Flash-память, кбит (8 секторов) Вторичная (загрузочная) Flash-память, кбит (4 сектора) SRAM кбит Напряжение питания1, В
Приборы серий PSD8xx/9xx. Поддержка 8-разрядных микроконтроллеров
PSD913F1 27 57 - - 19 Есть 1024 25б2 1б 5/3
PSD913F2 27 57 - - 19 Есть 1024 25б 1б 5/3
PSD934F2 52 57 - - 19 Есть 2048 25б б4 5/3
PSD935G2 27 57 - - 24 Есть 409б 25б б4 5/3
PSD954F2 27 57 - - 19 Есть 2048 25б 25б 5/3
PSD813F1 27 73 24 1б 19 Есть 1024 25б2 1б 5/3
PSD813F2 27 73 24 1б 19 Есть 1024 25б 1б 5/3
PSD813F3 27 73 24 1б 19 Есть 1024 - 1б 5/3
PSD813F4 27 73 24 1б 19 Есть 1024 25б - 5/3
PSD813F5 27 73 24 1б 19 Есть 1024 - - 5/3
PSD833F2 27 73 24 1б 19 Есть 1024 25б б4 5/3
PSD834F2 27 73 24 1б 19 Есть 2048 25б б4 5/3
PSD835F23 52 81 24 1б 24 Есть 409б 25б б4 5/3
PSD853F2 27 73 24 1б 19 Есть 1024 25б 25б 5/3
PSD854F2 27 73 24 1б 19 Есть 2048 25б 25б 5/3
Приборы серии PSD4xxx. Поддержка 16-разрядных микроконтроллеров
PSD4135G2 52 бб - - 24 Есть 409б 25б2 б4 5/3
PSD4235G2 52 82 24 1б 24 Есть 409б 25б б4 5/3
PSD4156G6 52 бб - - 24 Есть 8192 512 25б 5/3
PSD4256G6 52 82 24 1б 24 Есть 8192 512 25б 5/3
1) У приборов с напряжением 3 В к типу прибора добавляется символ «V. Например, PSD913F1V.
2) Приборы с индексом F1 вместо Flash вторичной памяти оснащены EEPROM.
3) Приборы PSD835F2, как и приборы PSD4xxx, работают с 16-разрядной шиной данных.
4) Приборы серии PSD9xx не рекомендуются для использования в новых разработках.
Компоненты и технологии, № 4'2003
• два блока программируемой Flash-логики (DPLD и CPLD);
• регистр страниц;
• средства входа-выхода;
• средства управления потреблением;
• две встроенные шины — шина адреса-дан-ных-управления и шина входов блоков программируемой логики.
Кроме этого, важными элементами архитектуры являются: канал последовательного JTAG-программирования, загрузчик конфигурации программируемой логики и Flash-m-мяти и блок встроенного алгоритма программирования Flash-памяти.
Интерфейс с используемым микроконтроллером (с сигналами, формируемыми микроконтроллером для управления памятью, средствами I/O и периферийными устройствами) автоматически конфигурируется средствами пакета PSDsoft.
Разработчику необходимо лишь подсоединить соответствующие выводы сигналов управления микроконтроллера к входным выводам CNTL0-CNTL2 и выводу порта D прибора PSD, а соответствующие линии шины адресов-данных к выводам ADIO0-ADIO15. В зависимости от особенностей микроконтроллера, например, использования немуль-типлексируемой шины, использования диапазона адресов свыше 16 разрядов или возможности работы в пакетном режиме, в качестве выводов входа дополнительных разрядов адреса или данных могут быть использованы выводы порта A.
Полученный на выводах прибора PSD адрес вместе с сигналами управления поступает на блок программируемой логики декодирования (Decode PLD — DPLD). На вход матрицы AND PLD декодирования прибора PSD813F2 поступает 73 сигнала, в том числе и сигналы управления и адреса (рис. 2). В PLD декодирования адреса декодируются и выходы PLD декодирования адресуют соответствующие сектора основной Flash-памяти, вторичной памяти или SRAM. Гибкость адресации
каждого сектора памяти обеспечивают по три терма произведения на каждый сектор. Расширение диапазона адресов обеспечивается 8-разрядным регистром страниц, позволяющим до 256 крат увеличить диапазон адресации. Посредством регистра страниц может быть адресована не только встроенная память и I/O прибора PSD, но и внешняя память и устройства внешней периферии. Логические связи PLD декодирования конфигурируются средствами пакета PSDsoft.
Комплексная PLD (Complex PLD — CPLD) — другая матрица программируемой логики прибора PSD, принимающая самое активное участие в организации обращения к внешней памяти и устройствам внешней периферии, в организации обмена информацией (как адресами, так и данными) на выводах портов прибора PSD. Для комплексной PLD, в отличие от простой PLD (Simple PLD — SPLD), используемой в приборах серий
PSD9xx и PSD41xx в основном для формирования сигналов выбора внешних кристаллов, характерно использование, кроме матрицы AND, макроячеек входа и выхода. Через макроячейки выхода комплексной PLD адресуются и управляются периферийные устройства, а микроконтроллер принимает необходимую ему информацию; через макроячейки входа в прибор PSD поступает информация от внешних устройств. Кроме того, комплексная PLD может быть использована для реализации системных логических функций, таких, как загружаемые счетчики и регистры сдвига, системные почтовые ящики, протоколы процедур установления связи, конечные автоматы и произвольная логика. В CPLD формируются и сигналы выбора внешних кристаллов, направляемых на выводы выхода прибора PSD. Сигнал выбора внешнего кристалла может быть сформирован любой макроячейкой выхода, однако наперед заложенные сигналы выбора внешних кристаллов не занимают ни одной макроячейки вывода.
Шестнадцать макроячеек выхода (OMC), на каждую из которых от матрицы AND поступают до 4 термов произведений, располагают триггерами, конфигурируемыми в PSDsoft как D-, T-, JK- или SR-типа. Термами произведений матрицы AND управляются входы сигналов тактирования триггеров, предустановки и сброса. Кроме собственных термов произведений макроячейка может использовать и заимствованные термы, не задействованные другими макроячейками. Распределением термов управляет блок распределения термов произведений. Макроячейка выхода реализует как последовательную логику, так и комбинаторную, что определяется мультиплексором, управляющим выводом порта и организующим обратную связь макроячейки выхода с входами матрицы AND. Выходной сигнал макроячейки выхода направляется на один или два, в зависимости от серии PSD, порта I/O. И макроячейки выхода и порты I/O имеют прямую входную-выход-ную связь с внутренней шиной адресов-данных и, следовательно, взаимодействуют с подклю-
3s і—n CSBOOT 0
' 1 У 3, 4-^ CSBOOT 1
' 1_J> 3s і—N CSBOOT 2
' J ' 3s л -ч CSBOOT 3
(Входов Порты I/O ( порты А,В,С) (24) ' ' FSO
MCELLAB.FB [7:0] (Обратная связь) (8) s> [^9 FS1
MCELLAB.FB [7:0] (Обратная связь) (8) FS2
PGR0-PGR7 (8) / — > FS3
А[15:0]* l^q FS4
PD[2:0] (ALE,CLCIN,CSI) (3) / FS5
PDN [выход APD) (1) s* FS(i
CNTRL[2:0] (READ/WRITE, сигналы управления)(3) N) FS7
RESET# (1) ^9
RD_BSY (1) ^-^_RS0—
h I ч PSELO
xi—; і I/П PSEL1 I
b Q JTAGSEL
Выбор > 8 секторов ^ основной Flash-памяти
Выбор SRAM Выбор
декодера I/O
Рис. 2. Упрощенная схема программируемой логической матрицы декодирования (DPLD)
Компоненты и технологии, № 4'2003
Термы произведений (РТ) от других макроячеек
Шина адресо/данных MCU
О
Z
<
Макроячейки CPLD
_________РТ предустанови
Схема распределения I
врмовп
До 10 термов произведений
О]
ірмов
даний ^
О
CLOCK SELECT ■
Вход данных MCU
Управление
загрузкой
данных
Загрузка MCU
іа триггера (D/T/JK)
Выбор
типа
О
Терм произведения (РТ) разрешения выхода (ОЕ)
Обратная связь макроячейки
Схема распределения макроячеек по портам I/O
Вход порта I/O
К прочим портам I/O
Порты I/O
Выход зафиксиро-
ванного адреса Данные
ш
D Q
PDR
и
-Ь^тнВі
Выбор
WE
D Регистр Q ^ направ-
Терм произведения тактирования/фиксации входа
Макроячейки входа
ALE/ AS.
ДІ/О
Рис. З. Комплексная PLD. Показано по одной макроячейке входа и выхода и один из портов I/O
ченным к PSD микроконтроллером. Отметим наличие обратной связи каждой из макроячеек выхода с шиной входов PLD.
Приборы PSD располагают большим количеством портов I/O общего назначения (в зависимости от серии — от 19 до 52 портов), используемых для подсоединения шин адреса-данных, для взаимодействия с внешними устройствами. Такое количество портов I/O позволяет расширить ограниченные возможности I/O микроконтроллеров. В большинстве случаев порты объединены в 8-разрядные порты A, B, C и т. д., с определенной степенью универсальности. Порты I/O приборов PSD оснащаются драйверами двух типов. Первый тип драйверов может быть сконфигурирован как драйвер CMOS или драйвер с открытым стоком, которому необходим подтягивающий резистор. Второй тип драйвера — это драйвер с возможностью установления высокой или низкой скорости нарастания сигнала.
Порты I/O могут работать в нескольких режимах, задаваемых как при использовании пакета PSDsoft, так и записью микроконтроллером в регистры управления в пространстве CSIOP. Некоторые режимы могут быть заданы обоими способами. Один из портов может быть конфигурирован как порт JTAG-программирования. Задаваемые только PSDsoft режимы программируются в прибор и не могут быть изменены без повторного программирования (перепрограммирования) прибора.
Изменяемые микроконтроллером режимы могут быть изменены динамически — во время работы микроконтроллера. I/O PLD, порты данных, вход адреса и режим I/O периферии — это те режимы, которые должны быть заданы перед программированием устройства. Все другие режимы могут быть микроконтроллером изменены во время его работы.
Режим I/O микроконтроллера. В этом режиме микроконтроллер использует блок портов I/O для расширения своих собственных портов. Установкой в пространстве CSIOP порты приборов PSD отображаются в адресном пространстве микроконтроллера.
Режим I/O PLD. Режим I/O PLD использует порты как входы в макроячейки входа CPLD (IMC) и (или) как выходы макроячеек выхода CPLD (OMC). Выход может быть с тремя состояниями и сигналом управления.
Режим вывода адреса (Address Out). При использовании микроконтроллеров с мультиплексируемой шиной адреса-данных, режим вывода адреса может использоваться для фиксации адреса на выводах порта. Эти выводы порта могут в свою очередь управлять внешними устройствами. В немультиплексируемом 8-разрядном режиме шины сигналы адреса (A7-A0) поступают на порт B в режиме вывода адреса.
Режим входа адреса (Address In). У микроконтроллеров, имеющих более 16 разрядов адреса, самые старшие разряды адреса могут быть поданы на порты A, B, C и D. Вход адреса может быть зафиксирован в макроячейке входа (IMC) стробом адреса (ALE/AS). Любой вход, включенный в выражение PLD декодирования (DPLD) SRAM, основной или вторичной Flash-памяти, рассматривается как вход адреса.
Режим порта данных. Один из портов, в зависимости от серии приборов, при работе с микроконтроллером с немультиплексируе-мой шиной адреса-данных, может быть использован как порт шины данных. Этот порт подсоединяется к шине данных микроконтроллера.
Режим I/O периферии. Режим I/O периферии используется для организации интерфейса с внешними устройствами. В этом режиме весь порт, выполняющий данную функцию, работает как двунаправленный буфер данных микроконтроллера с тремя состояниями.
К 24 портам I/O, в том числе и соединенным с макроячейками выхода, подсоединено по макроячейке входа (IMC). Каждая макроячейка входа может быть индивидуально конфигурирована и использована для фиксации входного сигнала, для передачи поступающего на порт сигнала на шину входов PLD. Выходы макроячеек входа могут быть считаны микроконтроллером через внутреннюю шину адресов-данных. Разрешение фиксации и сигнал тактирования управляются мультиплексором, на который поступают терм произведения матрицы AND CPLD и строб адреса микроконтроллера ALE/AS.
Макроячейки входа (IMC) особенно полезны при выполнении процедур установления связи, где два процессора обмениваются данными через общий почтовый ящик. На рис. 4 показана типовая конфигурация, где главный микроконтроллер выполняет запись в регистр вывода данных порта A. Порт A в свою очередь может быть считан ведомым микроконтроллером через активацию терма произведения разрешения выхода «Чтение ведомым».
Ведомый может также выполнять запись в макроячейки входа порта A, и тогда ведущий может напрямую считывать макроячейки входа (IMC). Отметим, что сигналы «Чтение ведомым» и «Запись ведомым» — термы произведений, полученные от входов строба чтения (RD, CNTL1) строба записи (WR, CNTL0) и выбора ведомого кристалла (Slave_CS) ведомого микроконтроллера.
Выше уже говорилось о конфигурировании прибора PSD средствами пакета PSDsoft. Интерфейс с выбранным микроконтроллером
PSD
Ведущий
MCU
MCU-RD
MCU-WR
D [7:0]
Ситал CS ведомого
RD
WR
Чтение ведомым
CPLD
Регистр выхода данных порта А
MCU-WR
£
Запись ведомым
Макроячейка входа порта А
MCU-RD
Q D
<1
D [7:0]
ПортА
Ведомый
MCU
Рис. 4. Процедура установления связи с использованием макроячеек входа
Компоненты и технологии, № 4'2003
конфигурируется автоматически и в процес- • се работы системы не изменяется, однако на- • чальная конфигурация и функционирование • других элементов прибора могут быть заданы при конфигурировании в PSDsoft с после- • дующим их изменением микроконтроллером • в процессе работы системы. Так изменяются функции портов I/O, работа макроячеек вы- • хода и входа, распределение адресов памяти • и т. д. За задание как начальных, так и соот- • ветствующих решаемой задаче установок отвечают регистры, размещенные с определен- • ным смещением в пространстве CSIOP. Пространство CSIOP, по сути, отдельный блок энергонезависимой памяти объемом 256 байт, размещаемый в пространстве адресов микроконтроллера и обеспечивающий, следовательно, адресацию микроконтроллером всех размещенных в этом пространстве регистров.
В рамках данной статьи ограничимся только перечислением регистров:
• регистр управления — выбирает режим между режимом I/O микроконтроллера и выводом данных;
• регистр входа данных — в режиме I/O микроконтроллера обеспечивает чтение порта;
• регистр выхода данных — в режиме I/O микроконтроллера обеспечивает сохранение данных для вывода;
• регистр направления — конфигурирует вывод порта на вход или выход;
• регистр выбора драйвера вывода — конфигурирует драйвер вывода как CMOS или с открытым стоком, как вывод с высокой или низкой скоростью нарастания сигнала;
• регистр чтения макроячейки входа;
• регистр чтения разрешения выхода;
• два регистра чтения-записи макроячеек выхода;
• два регистра масок макроячеек выхода;
• регистры идентификации и защиты основной и вторичной Flash-памяти;
• регистр разрешения порта JTAG;
• регистр страниц;
• регистр размещения областей памяти прибора в пространстве программ и данных;
• два регистра управления потреблением. Микроконтроллер, имея доступ к регистрам, может изменять состояния битов, управляя конфигурированием элементов прибора, за исключением тех, которые были задействованы в логических выражениях PSDsoft.
Каждый PSD-прибор располагает основной Flash-памятью, вторичной Flash-памятью (в некоторых типах приборов вместо Flash используется EEPROM) и памятью SRAM, сохранность данных которой может быть обеспечена за счет внешней батареи поддержки. Основная Flash-память подразделена на 8 равных по объему секторов, а вторичная Flash-память разделена на 4 равных сектора. Каждый сектор любого блока памяти может быть отдельно защищен от стирания и программирования. Очистка Flash-памяти может быть выполнена как полностью, так и по секторам. При этом очистка (стирание) сектора Flash может быть отложена на время чтения данных других секторов блока и затем вновь продолжена.
Текущее состояние Flash-памяти во время циклов программирования или очистки может
быть выведено на вывод Ready/Busy. Функция этого вывода устанавливается с использованием PSDsoft. Получив сигналы адреса, матрица PLD декодирования (DPLD) формирует сигнал выбора внутренних блоков памяти. Каждому из восьми секторов основной Flash-памяти и вторичной памяти соответствует свой сигнал выбора сектора (FS0-FS7)/(CSBOOT0-CS-BOOT3), соответственно, который может содержать до трех термов произведений. Наличие трех термов произведений для каждого сигнала выбора позволяет отображать данный сектор в различных областях системной памяти. При использовании микроконтроллера с раздельными пространствами программ и данных эти гибкие сигналы выбора позволяют динамически переотображать сектора из одного пространства памяти в другое.
Основная Flash-память и вторичная память адресуются посредством интерфейса шины микроконтроллера. Микроконтроллер может обращаться к основной и вторичной памяти двумя способами:
• Микроконтроллер выполняет типовую операцию чтения-записи — такую же, как при доступе к RAM или ROM, используя стандартные циклы шины.
• Микроконтроллер может выдать специальную команду, состоящую из нескольких операций чтения-записи. Для этого необходимо записывать определенные шаблоны данных по специальным адресам в пределах Flash-памяти, вызывая встроенный алгоритм.
Как правило, микроконтроллер может читать Flash-память, используя такие же опера-
Основные характеристики PSD-приборов серий PSD8xx/PSD9xx и PSD4xxx
Память
Два массива Flash-памяти, обеспечивающих программирование в условиях применения (IAP).
До 4 Мбит (PSD8xx/ PSD9xx) и до 8 Мбит (PSD4000) основной Flash-памяти программ.
• Версии со временем обращения 70, 90 и 120 нс.
• Версии с напряжением питания 5 и 3 В.
256 кбит (PSD8xx/ PSD9xx) и до 512 кбит (PSD4000) вторичной (параллельной) загрузочной памяти Flash или EEPROM.
SRAM емкостью до 256 кбит. Поддержка внешней батареи.
Программируемая логика PLD декодирования (DPLD).
• Логика декодирования внутренних адресов.
• Гибкое распределение памяти и выбор кристаллов в любой области адресного пространства. PLD общего назначения.
• Приборы семейства PSD9хх и PSD41ххG располагают простой комбинаторной PLD с количеством выходов до 24.
• Приборы семейства PSD8хх располагают сложной PLD с количеством выходов до 82 и 16 выходами, а также макроячейками с 24 входами и 24 выходами.
Порты I/O
До 52 выводов портов, конфигурируемых индивидуально как:
• I/O микроконтроллеров;
• I/O PLD;
• выходы зафиксированных адресов;
• I/O специальных функций;
• выходы с открытым стоком.
Регистр страниц
8-разрядный регистр страниц в 256 раз расширяет адресуемое пространство.
Интерфейс шин микроконтроллеров Приборы серий PSD8xx/PSD9xx конфигурируются под 8-разрядные микроконтроллеры с мультиплексируемыми и немультиплексируемыми шинами адресов-данных.
Приборы серии PSD4000 конфигурируются под 16-разрядные микроконтроллеры с мультиплексируемыми и ^мультиплексируемыми шинами ад-ресов-данных. Обеспечивается работа с 32-разрядными микроконтроллерами в 16-разрядном режиме шины.
Модуль управления потреблением (PMU)
Распознает активность микроконтроллера для переключения автоматического режима Power Down.
Ток в режиме Standby не превышает 75 и 25 мкА (PSD8xx/PSD9xx), 100 и 50 мкА (PSD4000) у приборов с напряжением питания 5 и 3 В соответственно.
JTAG-порт внутрисистемного программирования
Стандартный 4-выводной или расширенный 6-выводной JTAG-совместимый (IEEE 1149.1) интерфейс.
• Быстрое начальное программирование (от 10 до 30 с в зависимости от объема Flash) установленных на плату приборов.
• Исключает складское хранение заранее запрограммированных приборов.
• Исключает использование дорогих и относительно ненадежных установочных панелек. Программирование в условиях применения (IAP)
• Дистанционное обновление программных средств удаленного устройства в условиях применения практически по любому каналу связи.
• Параллельная Flash-память поддерживает режим одновременного чтения-записи Flash-памяти.
• Автоматическое распределение памяти.
• Позволяет организовать разделение пространств памяти программ и данных, характерное для ряда микроконтроллеров.
Количество циклов стирания-записи Flash-память — минимум 100 000.
PLD — минимум 1000.
Диапазон рабочих температур Коммерческий: от 0 до 70 °C, промышленный: от -40 до 85 °C, автомобильный: от -40 до 125 °C. Корпуса
52-выводные корпуса PLCC и PQFP, 80-вывод-ной корпус TQFP у приборов серий PSD8xx/ PSD9xx.
80-выводной корпус TQFP (12x12 мм) у приборов серии PSD4000.
Компоненты и технологии, № 4'2003
Маркировка приборов PSD
PSD4135G2
PSD — торговая марка фирмы
Семейство, где:
для 8-разрядных приборов 9 = системы памяти 8 = системы памяти с CPLD для 16-разрядных приборов
41 - системы памяти
42 = системы памяти с CPLD
Объем
SRAM
О = RAM отсутствует 1=16 кбит
2 = 32 кбит
3 = 64 кбит ит. д.
Матрицы (двоенной или строенной энергонезависимой памяти
1 =256 кбит EEPROM
2 = 256 кбит Flash
3 = вторичная матрица памяти отсутствует 6 = тройная система Flosh-матриц
Количество выводов I/O* Объем F = 52 вывода
основной G = 80 выводов и т. д.
Flosh-памяти
3 = 1 Мбит
4 = 2 Мбит * Исключения:
5 = 4 Мбит приборы
6 = 8 Мбит ««"ЭМ
и PSD813F
ИТ. д.
ции чтения, что и при чтении ROM. Однако Flash-память может быть изменена только при использовании специальных команд — Erase и Program. Например, микроконтроллер не может записать отдельный байт непосредственно во Flash-память, поскольку произойдет запись байта в RAM. Для записи байта во Flash-память микроконтроллер должен выполнить команду Program, проверив затем состояние цикла программирования. Этот тест состояния выполняется операцией чтения или опросом вывода Ready/Busy. С полным набором специальных команд и средств, используемых при программировании Flash-памяти, можно ознакомиться в DataSheet на PSD-приборы.
SRAM разрешается сигналом выбора SRAM (RS0), который может содержать до двух термов произведения, обеспечивая гибкое управление памятью. При потере питания содержимое SRAM может быть сохранено поддержкой внешней батареей, подключаемой к выводу Voltage Stand-by (VSTBY). Один из выводов прибора может быть сконфигурирован как вывод, указывающий на питание от батареи поддержки.
Выбор SRAM (RS0), резервирование напряжения (VSTBY) и индикация включения батареи (VBATON) конфигурируются с использованием PSDsoft.
Все сигналы выбора сектора (FS0-FS7, CSBOOT0-CSBOOT3) и выбора SRAM (RS0) формируются PLD декодирования. Сигналы устанавливаются путем записи для них уравнения в PSDsoft. В выражениях для этих сигналов используется ряд правил, касающихся перекрытия областей памяти, среди которых:
• Пространства SRAM, I/O и I/O внешней периферии не должны перекрываться.
• Сектор вторичной Flash-памяти может перекрывать сектор основной Flash-памяти. В случае перекрытия приоритет дается сектору вторичной Flash-памяти.
• SRAM, I/O и I/O внешней периферии могут накладываться на любой другой сектор памяти. Приоритет дается SRAM, I/O или I/O внешней периферии.
На рис. 5 показаны уровни приоритета всех компонентов памяти. Любой компонент на более высоком уровне может накладываться и имеет приоритет перед любым компонентом более низкого уровня. Компоненты с одинаковым уровнем приоритета не должны пе-
рекрываться. Первый уровень имеет самый высокий приоритет, уровень 3 имеет самый низкий приоритет.
Возможность управления потреблением мощности определенных функциональных блоков с учетом предъявляемых к системе требований предоставляет пользователю модуль управления питанием (PMU).
Все приборы PSD располагают конфигурируемыми функциями энергосбережения, используемыми как отдельно, так и в сочетаниях.
Во всех блоках памяти приборов PSD (основная и вторичная Flash-память, SRAM) в дополнение к специальной технологии производства реализована функция управления потреблением. При отсутствии изменений состояний входов адреса-данных в течение некоторого времени эта функция автоматически переводит память в режим standby. При обнаружении изменения состояния на каком-либо входе адресуемая память «активируется», изменяет и фиксирует состояния выходов и вновь возвращается в режим standby. Матрицы PLD при отсутствии изменений состояний входов также могут переходить в режим standby, в соответствии с установками, задаваемыми в регистрах управления потреблением.
Блок автоматического Power Down (APD), как и технология управления потреблением, позволяет приборам PSD автоматически понижать потребляемый ток до уровня standby. Блок APD может блокировать сигналы адреса-данных от поступления на память и матрицы PLD. Встроенная логика ведет мониторинг активности строба адреса микроконтроллера. При отсутствии активности строба в течение некоторого времени (микроконтроллер «спит») блок APD инициирует режим Power Down (если он разрешен), в котором запреще-
Наивысший приоритет.
' Уровень ' /приоритета 1\
SRAM, I/O (или I/O пврифврии\
Уровень приоритета 2 Вторичная энергонезависимая память
Уровень приоритета 3 Основная энергонезависимая память
Самый низкий уровень приоритета Рис. 5. Уровни приоритета памяти и компонентов I/O
но поступление на память и матрицы PLD всех сигналов адреса-данных. Это позволяет и памяти и матрицам PLD оставаться в режиме standby, даже если сигналы адреса-данных изменят состояние под внешним воздействием (шум, другие устройства на шине микроконтроллера и т. д.).
Для запрета внутренней памяти должен быть использован вход PSD Chip Select (CSI). При этом не блокируются никакие внутренние сигналы, не запрещаются матрицы PLD, что является хорошей альтернативой использованию блока APD.
Управление потреблением может быть установлено микроконтроллером в процессе работы путем изменения состояний битов регистров управления потреблением.
Как утверждают специалисты фирмы STMicroelectronics, внутрисистемное JTAG программирование (JTAG ISP) впервые в отрасли было реализовано именно в приборах PSD. Этот последовательный интерфейс позволяет выполнить полное программирование запаянного в систему прибора PSD без участия микроконтроллера. Может быть запрограммирован полностью пустой прибор. Сигналы JTAG (TMS, TCK, TSTAT, TERR, TDI, TDO) поступают на выводы порта, которые впоследствии могут быть использованы как порты I/O общего назначения. Через порт JTAG может быть выполнена очистка Flash-памяти прибора и ее корректировка.
Наличие двух блоков памяти — основной и вторичной, как это уже отмечалось выше, позволяет обновлять программные средства системы и в условиях применения. При этом связь с системой может быть выполнена через любую среду коммуникации, связанную с системой, сам процесс обновления (корректировки) программных средств идет под управлением микроконтроллера, который в то же время продолжает выполнять свои основные задачи.
Описанная выше архитектура за некоторыми исключениями, связанными с ориентацией некоторых серий на применения, характерна для всех приборов PSD. По этой же архитектуре выполнены и однократно программируемые приборы (OTP) серий PSD3xx/ZPSD3xx, ориентированные на критичные к стоимости применения. Однако OTP-приборы не пере-программируются в условиях применения и, следовательно, не имеют блока вторичной памяти. У этих приборов отсутствует и комплексная PLD.
Приборы PSD, в особенности серии PSD4xxx, с одинаковым успехом могут работать как с микроконтроллерами, так и с цифровыми сигнальными процессорами. Тем не менее, фирмой STMicroelectronics были разработаны приборы серии DSM21xx, ориентированные на использование с DSP фирмы Analog Devices. Основное отличие этих приборов от «классических» заключается в отсутствии SRAM и комплексной PLD, что позволило в некоторой степени снизить их стоимость. Используются эти приборы в первую очередь как системная память загрузки быстродействующей RAM DSP-процессора. Все остальные
Компоненты и технологии, № 4'2003
Таблица 2. Номенклатура однократно программируемых приборов серий PSD3xx/ZPSD3xx
Тип прибора Формат шины, разрядов EPROM, кбайт RAM, кбайт Входов PLD Термов произве- дений Выходов PLD 8-разрядный регистр страниц Выводов I/O Напряжение питания, В
PSD303B 8/1б 128 2 1б 4о 11 Есть 19 4,5~5,5
PSD313B 8 128 2 1б 4о 11 Есть 19 4,5~5,5
ZPSD3G3B 8/1б 128 2 1б 4о 11 Есть 19 4,5~5,5
PSD312B 8 б4 2 1б 4о 11 Есть 19 4,5~5,5
ZPSD3G2B 8/1б б4 2 1б 4о 11 Есть 19 4,5~5,5
PSD311B 8 32 2 12 4о 11 Есть 19 4,5~5,5
ZPSD3G1B 8/1б 32 2 12 4о 11 Есть 19 4,5~5,5
Таблица 3. Номенклатура приборов серии DSM2xxx
Тип прибора Выво- дов GPIO Входов PLD Макроячеек Входа Выхода Выхо- дов PLD Порт JTAG ISP программирования Основная Flash-память, кбит (8 секторов) Вторичная (загрузочная) Flash-память, кбит (4 сектора) SRAM, кбит Напря- жение питания, В
DSM2150F5V 1б 82 24 1б 24 Есть 4о9б 25б - 3
DSM219GF4V 1б 73 24 1б 19 Есть 2G48 25б - 3
DSM218GF3 1б 73 24 1б 19 Есть 1G24 25б - 5
DSM218GF3V 1б 73 24 1б 19 Есть 1G24 25б - 3
мси
WR
RD
ВНЕ
ALE
D[7:0]
PSD
A[15:0]
RESET -
Порт входа/выхода адреса/даиных
WR (CNTRLO) RD [CNTRL1) ВНЕ (CNTRL2) RESET
ALE (PDO) Порт D
Порт
A
Порт
Порт
С
D[7:0]
A[23:16]
(Дополнительно)
Рис. 6. Схема типового интерфейса с 8-разрядной немультиплексируемой шиной
достоинства PSD приборы этой серии сохранили (табл. З).
По требованию заказчика фирма STMicroelectronics разработала на базе архитектуры PSD прибор SSM1105, ориентированный на совместное использование с контроллером ЖК-дисплея Pixelworks. Архитектура PSD-приборов расширена 4 каналами ШИМ (Pulse Width Modulation — PWM), обеспечивающими управление уровнем подсветки, уровнями напряжений и т. п.; двумя каналами данных дисплея (Display Data Channels — DDC) и двумя каналами интерфейса I2C для управления периферией.
Схемы подключения приборов PSD к микроконтроллерам также имеют много общего. В то же время необходимо распределять сигналы интерфейса микроконтроллера по выводам прибора PSD в соответствии с особенностями интерфейса микроконтроллера. Такими особенностями могут быть, например, мультиплексируемая или немультиплексируемая шина адреса-данных, формат шины адреса и другие особенности.
Схема типового интерфейса показана на рис. б, и в качестве примера на рис. 7 приведена схема интерфейса прибора PSD с микроконтроллером 68HC11.
Формат статьи не позволяет полностью отразить особенности и характеристики всех упомянутых серий PSD-приборов. Желающие получить более подробную информацию могут скачать файлы DataSheet с сайта фирмы STMicroelectronics (www.st.com/psd) или с сайта фирмы КТЦ-МК (www.cec-mc.ru), где ряд материалов по PSD-приборам представлен на русском языке.
RESET >-
68НС11
17
19
ЖХ
43
44 ~45~\
46
47 4В
49
50
52
XT
EX
RESET IRQ XIRQ
MODB
РАО
РАЇ
PA2
PEO
PEI
PE2
PE3
PE4
PE5
PE6
PE7
VRH
VRL
РАЗ
PA4
PA5
PA6
PA7
PBO
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
PCO
PCI
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
PDO
PD1
PD2
PD3
PD4
PD5
E
AS
R/W
14 AD5
16 AD7
R/W
AD0
30
/ AD1 31
31 / AD2 32
/ AD3 33
30 29 28 27 / AD4 34
/ AD5 35
/ ADA 36
/ AD7 37
42 / АВ 39
41 А9 40
40 А10 41
39 All 42
38 А12 43
37 А13 44
36 А14 45
35 А15 46
PSD
ADIOO
ADIOl
ADI02
ADI03
ADI04
ADI05
ADI06
ADI07
ADI08 ADI09 ADIOl 0 ADIOl 1 ADI012 ADIOl 3 ADI014 ADI015
CNTL0(R_W)
CNTLl(E)
PDO.AS
PD1
PD2
CAD7-AD0>
РАО
РАЇ
PA2
РАЗ
PA4
PAS
PA6
PA7
PBO
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
PCO
PCI
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
Рис. 7. Интерфейс с 8-разрядной мультиплексируемой шиной микроконтроллера б8НС11
