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ARM核微處理器芯片PUC3030A及其應(yīng)用

    摘要：介紹了32位ARM核微處理器芯片PUC3030A的結(jié)構(gòu)和特點，分析了其具有競爭力的優(yōu)異性能，列舉了一些可能的應(yīng)用領(lǐng)域。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，采用PUC3030A方案，系統(tǒng)成本遠低于采用8051加擴展芯片的方案。英國ARM公司設(shè)計的32位RISC Reduced Instruction Set COMPUTER CPU芯核（簡稱ARM芯核），具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點目前已占有75%以上的32位嵌入式產(chǎn)品市場。而ARM系列芯片即為各個半導(dǎo)體廠家開發(fā)的基于ARM芯核的芯片。目前設(shè)計、生產(chǎn)ARM芯片的國際大公司已經(jīng)超過100多家，國內(nèi)中興集成電路和華虹等公司也已經(jīng)購買ARM公司的芯核用于通訊專用芯片和加密IC卡的設(shè)計。

     PUC3030A是德國MICRONAS公司開發(fā)的基于32ARM核的高性能低功耗微處理器。采用ARM7TDMI內(nèi)核，內(nèi)部集成了USB1.1接口控制RTC為帶日歷和報警功能的實時時鐘，內(nèi)部看門電路，功率管理，加密控制器，256K字節(jié)FLASH56K字節(jié)SRAM等。在許多應(yīng)用領(lǐng)域其系統(tǒng)成本遠低于采用8051加擴展芯片的方案。由于MICRONAS公司及其第三方設(shè)計室提供了眾多的程序庫，加上ARM公司ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境支持C和C++使得其軟件開發(fā)也十分容易。因此，PUC3030A將是許多電子產(chǎn)品方案的選擇之一。

     1、PUC3030A的結(jié)構(gòu)特點及性能指標

     PUC3030A的內(nèi)部功能框圖如圖1所示:PUC3030A內(nèi)部為64MHz ARM7TDIMI 32位微處理器，約60MIPs，固定為小模式運行，可以處理MP3、AAC等數(shù)字音頻的解碼和語音的編解碼，具有完成一定數(shù)據(jù)處理分析的功能。PUC3030A內(nèi)置48KB通用SRAM和256KB FLASH RAM另有存儲器保護單元和加密控制器，使其具有很好的程序和數(shù)據(jù)保密功能。

     PUC3030A有內(nèi)部PLL和功率控制器，使用6MHz內(nèi)部工作頻率，支持操作、空閑、休眠和關(guān)斷四種模式。

     PUC3030A的USB1.1接口支持控制傳送、塊傳送、中斷傳送和等時傳送方式。支持等時傳送方式是 PUC3030A的USB接口的一大特點，是其它大多數(shù)CPU的內(nèi)嵌USB控制器所不支持的功能。此功能可以支持USB音頻和實時數(shù)據(jù)傳輸。其USB接口具有8KB FIFO也是其它大CPU的內(nèi)嵌USB控制器所不具備的，甚至比許多專用USB控制芯片具備更多的USB數(shù)據(jù)緩存空間。

     PUC3030A具有可靈活設(shè)置的中斷控制器每個GPIO都可以被設(shè)置成FIQ或IRQ中斷，每個GPIO的中斷觸發(fā)方式都可以設(shè)置成高電平觸發(fā)、低電平觸發(fā)、上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)等四種觸發(fā)方式，使得指輪盤、紅外接收器、鍵盤掃描等低速信號的處理完全可以處于背景程序中運行，不需要一直占用CPU時間進行掃描檢測。

     另外，PUC3030A還有12C主／從接口，66個GPIO，5個同步串行口，主模式最高24M位速率，從模式最高16M位速率，支持SPI、12S，多個同步串行口使得PUC3030A 特別適用于多通道USB音頻產(chǎn)品、LED多屏顯示系統(tǒng)、多通道數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。PUC3030A的2個全功能串行口支持高速紅外數(shù)據(jù)傳（IRDA）。它還有3個32位定時/計數(shù)器，內(nèi)部看門狗定時器，RTC實時時鐘帶日歷和報警功能，BGA87封裝芯片無此功能。

     PUC3030A具有JTAR調(diào)試接口，支持Multi-ICE、Trace32和Jeeni等JTAG調(diào)試開發(fā)工具和ADS、SDT2.5等開發(fā)軟件，提供了良好的開發(fā)環(huán)境。

     由于PUC3030A具有上述優(yōu)異性能，在許多應(yīng)用領(lǐng)域甚至比采用51系列芯片更具有成本優(yōu)勢。這是因為：對于一般的應(yīng)用，如果采用51芯片，通常需要擴展1片SRAM芯片、1片RTC芯片、1片F(xiàn)alsh芯片2片8255I/O擴展電路、1片USB控制芯片、1片看門狗電路；除了運算處理速度遠低于PUC3030A芯片外，采用51方案的成本遠高于PUC3030A；由于布線多、PCB板面積大等問題，使得采用51方案的電路可靠性遠低于采用PUC3030A的單芯片方案。

     PUC3030A目前提供PQFP100和LFBGA81兩種封裝形式。PQFP100的封裝尺寸為23.2mm×17.2mm，LFBGA81的封裝尺寸9mm×9mm。后者缺少RTC功能，比前者的GPIO少，適合于PCB面積特別小的場合。

     2、PUC3030A具有競爭力的應(yīng)用領(lǐng)域

     2.1便攜式帶U盤功能的MP3播放器

     由于PUC3030A支持Nand Flash、MMC、SDC、CF卡等多種Flash芯片和Flash卡，并且可以通過GPIO模擬總線方式支持硬盤，因此它最適宜用來開發(fā)便攜式帶U盤功能的MP3播放器。

     PUC3030A使用ARM核進行MP3數(shù)據(jù)的存取和解碼。ARM公司提供了解碼庫，MICRONAS公司移植到PUC3030A上。操作系統(tǒng)采用MICRONAS公司專門為便攜式MP3播放器設(shè)計的實時操作系統(tǒng)，以庫文件形式提供。因此，用戶只需修改相應(yīng)的鍵盤顯示程序即可完成產(chǎn)品設(shè)計，大大縮短了用戶的開發(fā)周期，減少人力資源的投入。

     2.2支持長時間錄音的數(shù)字錄音筆

     由于PUC3030A支持多種語音壓縮格式，如果采用PUC3030A作為數(shù)據(jù)編解碼處理器，再利用其內(nèi)置的USB1.1接口作為數(shù)據(jù)傳輸接口，只需外接一片低成本的語音ADC芯片和一片大容量的Flash或MMC卡即可構(gòu)成一個支持長時間錄音的數(shù)字錄音筆。PUC3030A內(nèi)置RTC，可以自動記錄每段錄音的時間信息。

     2.3基于USB1.1的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

     由于PUC3030A具有適合于便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳輸控制和數(shù)據(jù)處理功能，因此，在采用USB總線供電時，只需外接ADC/DAC和電源管理芯片就可以構(gòu)成完整的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。而且，由于PUC3030A具有實時數(shù)據(jù)無損壓縮的能力，在某些應(yīng)用場合，如數(shù)據(jù)量大且數(shù)據(jù)可壓縮比大的音頻和圖像數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，可以在低成本的USB1.1標準下實現(xiàn)高保真的傳送。

     2.4手持式水表抄表系統(tǒng)

     在PUC3030A推出之前，由筆者承接開發(fā)的手持式水表抄表系統(tǒng)，采用了SAMSUNG公司的S3B44X0芯片，需要外部擴展一片USB接口芯片USBN9603、一片BootRom芯片29C040、一片用于提供程序運行空間的外部SDRAM。而改用PUC3030A后，由于PUC3030A具有上述4種芯片的功能，可以用PUC3030A代替。這樣大大減少了PCB板面積，簡化了布線工作，顯著地提高了系統(tǒng)的可靠性。另外，PUC3030A的系統(tǒng)功耗很低，這個優(yōu)點尤其適宜電池供電的手持式儀器。

     2.5稅控收款機

     由于PUC3030A具有良好的程序和數(shù)據(jù)加密功能，并具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以運行數(shù)據(jù)庫。而且，其內(nèi)部的RTC時鐘可以提供每筆收款的時間記錄，2個全功能（含RXD、CTS、DSR、DCD、RTS、DTR、RI、TXD）的UART接口可以方便地與各種條碼閱讀器、磁卡閱讀器、IC卡閱讀器和Modem等設(shè)備連接。

     2.6 USB條碼閱讀器/磁卡閱讀機/

     智能卡讀寫及指紋識別門鎖/考勤機

     PUC3030A內(nèi)置USB接口和RTC，并具有良好的程序和數(shù)據(jù)加密功能，且系統(tǒng)功耗低，可以構(gòu)成USB總線供電的單芯片條碼閱讀器/磁卡閱讀機/智能卡讀寫機及指紋識別門鎖/考勤機，不再需要外界電源變壓器和串口線等，易于安裝和使用。內(nèi)部RTC可以提供每條記錄的時間信息。

     2.7 LED多屏顯示系統(tǒng)

     LED多屏顯示系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機場、車站和碼頭等場合。PUC3030A的高速處理功能和SPI接口，使得它特別適用于LED多屏顯示系統(tǒng)。傳統(tǒng)的LED顯示屏幕，基本上采用80518位處理器外加許多擴展芯片構(gòu)成控制系統(tǒng)。下面以最常見的LED顯示屏產(chǎn)品為例，對采用PUC3030A的方案和采用51芯片加擴展芯片的方案作一對比，如表1所示。

     除了上述應(yīng)用場合，PUC3030A還可以應(yīng)用于其他許多領(lǐng)域，尤其是需要帶USB接口、Flash、RTC、多同步串口、多異步串口等資源的應(yīng)用場合。

  來源:零八我的愛

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