РЫНОК8 Процессоры TI: несколько штрихов к портрету

11 СОбЫтия РЫНКа

МиКРОКОНтРОЛЛЕРЫ и DSP

12 Павел Осипенко

Одиночные сбои — вызов для современных про-цессоров

16 Константин Бочаров

Микропроцессор или DSP? А может, и тот, и другой?

22 Игорь Шагурин

ColdFire: перспективные решения для встраивае-мых приложений

29 Владимир Егоров

Многоядерные интегрированные сетевые процес-соры высокой пропускной способности

35 Виктор Охрименко

Процессоры ввода/вывода для систем хранения данных

43 Константин Староверов

Территория Cortex-M3: экспресс-портреты микро-контроллеров от разных производителей

48 Семейства микроконтроллеров с ядром ARM (таблица)

56 Александр Самарин

Новое поколение 8-разрядных микроконтроллеров STM

журн

ал дл

я раз

рабо

тчи

ков

элек

трон

ные

ком

поне

нтыРуководитель направления «Разработка электроники» и главный редактор Леонид Чанов; ответственный секретарь Марина Грачёва;

редакторы: Елизавета Воронина; Виктор Ежов; Екатерина Самкова; Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; редакционная коллегия: Валерий Григорьев; иван Покровский; борис Рудяк; Владимир Фомичёв; Леонид Чанов; реклама: антон Денисов; Елена Живова; распространение и подпис ка: Василий Рябишников; вёрстка, дизайн: александр Житник; Михаил Павлюк; директор издательства: Михаил Симаковадрес издательства: Москва,115114, ул. Дербеневская, д. 1, п/я 35; Санкт-Петербург, Большой проспект В.О., д. 18, лит. А; тел.: (495) 741-7701; факс: (495) 741-7702; тел./факс: (812) 336-53-85; эл. почта: elecom@ecomp.ru, www.elcp.ru

ПРЕДСтаВитЕЛЬСтВа: Мир электроники (Самара): 443080, г. Самара, ул. Революционная, 70, литер 1; тел./факс: (846) 267-3139, 267-3140; е-mail: info@eworld.ru, www.eworld.ru. Радиоэлектроника: 620107, г. Екатеринбург, ул. Гражданская, д. 2, тел./факс: (343) 370-33-84, 370-21-69, 370-19-99; е-mail: info@radioel.ru, www.radioel.ru. эЛКОМ (ижевск): г. Ижевск, ул. Ленина, 38, офис 16, тел./факс: (3412) 78-27-52, е-mail: office@elcom.udmlink.ru, www.elcompany.ru. эЛКОтЕЛ (Новосибирск): г. Новосибирск, м/р-н Горский, 61; тел./факс: (3832) 51-56-99, 59-93-31; е-mail: info@elcotel.ru, www.elcotel.ru. издательство «электроника инфо» (Минск): 220015, г. Минск, пр. Пушкина, 29 Б; тел./факс: +375 (17) 251-6735; е-mail: electro@bek.open.by, electronica.nsys.by. IMRAD (Киев): 03113, г. Киев, ул. Шутова, д. 9, оф. 211; тел./факс: +380 (44) 495-2113, 495-2110, 495-2109; е-mail: imrad@tex.kiev.ua, www.imrad.kiev.ua

Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory». Ис поль зо ва ние ма те ри а лов воз мож но толь ко с со гла-сия ре дак ции. При пе ре пе чат ке ма те ри а лов ссыл ка на жур нал «Эле к трон ные ком по нен ты» обя за тель на. От вет ст вен ность за до сто вер ность ин фор ма ции в рек лам ных объ яв ле ни ях не сут рек ла мо да те ли.

Индекс для России и стран СНГ по каталогу агентства «Роспечать» — 47298, индекс для России и стран СНГ по объединенному каталогу «Пресса России. Российские и зарубежные газеты и журналы» — 39459. Свободная цена. Издание зарегистрировано в Комитете РФ по печати. ПИ №77-17143.

Подписано в печать 07.08.2009 г.Учредитель: ООО «ИД Электроника». Тираж 4000 экз.Изготовлено ООО «Стратим». 152919, г. Рыбинск, Ярославская обл., ул. Волочаевская, д. 13.

содержание

№7/2009

www. elcp.ru

4

СО

ДЕ

РЖ

АН

ИЕ

www. elcp.ru

63 Владимир Бродин, Игорь Булатов, Александр Гурин, Петр Перевозчиков

Микроконтроллерные модули с развитым интер-фейсом «человек–машина»

МиКРОСХЕМЫ СиЛОВОЙ эЛЕКтРОНиКи

68 Владимир Голышев

Однокристальный POL-преобразователь TPS54620 для телекоммуникационных и вычислительных систем

СЕти и иНтЕРФЕЙСЫ

71 Ирина Ромадина

Модем для передачи данных по силовым линиям AMIS-49587

СВЕтОтЕХНиКа и ОПтОэЛЕКтРОНиКа

75 Максим Селиванов

Светодиодные драйверы ADDtek

77 НОВЫЕ КОМПОНЕНтЫ На РОССиЙСКОМ РЫНКЕ

СО

ДЕ

РЖ

АН

ИЕ

5

электронные компоненты №7 2009

contents # 7 / 2 0 0 9

E LEC TRO N IC COM PO N E NTS 20 09 #7

MARKET8 TI Processors: Some Traits to Portrait

11 MARKET EVENTS

MCU and DSP

12 Pavel Osipenko

Single Errors As a Challenge to Modern Processors

16 Konstantin Bocharov

Microprocessor or DSP? Or this and that, Maybe?

22 Igor Shagurin

ColdFire: Promising Solutions for Embedded Applications

29 Vladimir Egorov

Multicore Integrated High-Performance Processors

35 Victor Okhrimenko

Input/Output Processors for Data Storage Systems

43 Konstantin Staroverov

Cortex-M3: Express Portraits of Microcontrollers from Different Manufacturers

48 MCU Families with ARM Core (Table)

56 Alexander Samarin

New Generation of STM 8-bit MCU

63 Vladimir Brodin, Igor Bulatov, Alexander Gurin and Pyotr Perevozchikov

MCU Units with Advanced Man-Machine Interface

POWER IC

68 Vladimir Golyshev

Single-Chip POL Converter TPS54620 for Telecommunication and Computer Systems

NETWORKS and INTERFACES

71 Irina Romadina

AMIS-49587 Modem for Power-Line Data Transfer

LIGHTING and OPTOELECTRONICS

75 Maxim Selivanov

ADDtek LED Drivers

77 NEW COMPONENTS IN THE RUSSIAN MARKET

6

СО

ДЕ

РЖ

АН

ИЕ

www. elcp.ru

7 EEMB

2 Microchip Technology Corp.

9 Texas Insrtuments

42 Treston

42 Александер Электрик Дон, ООО

37 Гранит-ВТ, ЗАО Спб

2-я обл., 57, 69, 70, 73, 4-я обл. Компэл, ЗАО

79 Международный выставочный центр, г. Киев

28 Миландр ПКК, ЗАО

17 МТ-Систем, ООО

34, 80 Примэкспо, ООО

4 Резонит, ООО

42 Реом СПб, ЗАО

3-я обл. Симметрон, ЗАО

21 Синтез Микроэлектроника, ЗАО

15 СМП, ООО

65 Терраэлектроника, ООО

33 Элитан

19 Электроконнект

1, 13 Элтех, ООО

Компании: ПРОИзВОдИтЕ лИ, дИС тРИБьютОРы, ПОС тАВщИКИ

8

ры

но

к

www.elcp.ru

Как говаривал Козьма Прутков, «невозможно объять необъятное». Тем не менее мы встретились с Элизабет де Фрейтас (Elizabete de Freitas), менеджером по развитию бизнеса DSP в регионе EMEA компании TI, в московском офисе, чтобы составить представление об одном из ключевых направлений дея-тельности этой компании. Элизабет работает в TI уже 10 лет. Свою карье-ру она начинала как инженер по применению, но уже два года возглавляет маркетинговый отдел Embedded Processing в регионе EMEA.

Процессоры TI: несколько штрихов к Портрету

— Расскажите, пожалуйста, про отделение Embedded Processing. Каков его удельный вес в компании? Какое количество дизайн-центров и сотруд-ников работает с этим отделением?

— Мы не разделяем направления DSP и микроконтроллеров между собой. Для нас это некий общий сегмент, который называется встраиваемыми процессо-рами (Embedded Processors). в 2008 г. объем этого бизнеса составил 1,6 млрд. долл. TI имеет несколько дизайн-центров, которые рассредоточены по всему миру, в т.ч. в сшА, европе, Азии. в них работает большое количество инже-неров, но едва ли можно указать точное количество дизайн-центров или специ-алистов, работающих в процессорном сегменте, т.к. часть инженерных ресур-сов распределена между несколькими центрами. например, в конце прошлого года мы анонсировали открытие Kilby Labs — исследовательского центра, где на самом деле работают представители нескольких дизайн-центров. у нас есть несколько групп, которые занимаются конкретной продукцией, но большое число инженеров работает в совмещен-ных направлениях. в 2008 г. мы потрати-ли 1,94 млрд долл. на разработку про-дуктов и приложений, а общий оборот TI в этом же году составил 12,5 млрд долл.

— Имеется ли какая-то специфи-ка в развитии бизнеса встраивае-мых процессоров?

— общая стратегия компании заключается в том, чтобы представить на рынке как можно более широкий спектр продукции. если до недавнего времени TI была известна в основном как производитель DSP-процессоров, то в настоящее время мы стали также уделять большое внимание сегменту аналоговых компонентов и встраивае-мых процессоров. например, совсем недавно мы приобрели компанию Luminary Micro, которая производит процессоры на базе ядра CortexМ3.

— Довольна ли компания про-движением встраиваемых процес-соров в России? Или вы считаете,

что следует предпринять какие-то решительные шаги для изменения ситуации?

— Мы никогда не можем быть удо-влетворены достигнутым, поскольку в таком случае мы не сможем двигаться дальше. и в россии, и в европе мы стре-мимся увеличить свою долю на рынке. в россии, как и во всем мире, мы стре-мимся к тому, чтобы наша деятельность по продвижению процессоров и ком-понентов TI как можно лучше отвечала интересам заказчиков. в частности, мы открыли русскоязычный веб-сайт, на котором внедряем новые технологии для общения с заказчиками — например, сервис Click to Chat позволяет заказчику в режиме чата задать вопросы техни-ческому специалисту компании и полу-чить оперативный ответ. на сайте также имеется возможность принять участие в русскоязычном форуме для инженеров, где специалисты могут общаться как с экспертами TI, так и между собой. сервис Click to Chat впервые был внедрен имен-но в россии, а теперь мы используем его и на сайтах других стран. TI первой при-менила такую технологию в сегменте полупроводниковых компонентов.

— У TI имеется опыт разработки микроконтроллеров, в т.ч. 32-раз-рядного TMS320C2000. Почему тогда во встраиваемых процессорах было решено использовать ядро ARM? Планирует ли компания продолжать сотрудничество с ARM?

— Процессор TMS320C2000 выпол-нен на базе процессорного ядра, разра-ботанного TI. у нас, в принципе, несколь-ко таких ядер — с2000, с5000 и с6000. на основе этих трех процессорных ядер TI выпускает очень много продуктов, а также разрабатываются новые устрой-ства. в дополнение к этим процессор-ным линейкам мы осуществляем под-держку продуктов на базе ARM-ядер.

— Зачем — не хватает своих ядер? Или ARM-ядра чем-то привлекатель-нее?

— в действительности, заказчик не думает о конкретной архитектуре — ему

важно решить свою задачу. с одной сто-роны, архитектура ARM очень популярна на рынке, и многие инженеры и выпуск-ники университетов уже знакомы с ней. с другой стороны, заказчикам важно иметь возможность дифференцировать свои продукты от стандартных решений. как раз в этом случае использование допол-нительных процессорных ядер позволя-ет им в полной мере реализовать свое ноу-хау. Поэтому мы предлагаем заказ-чикам как стандартные, так и гибридные решения, объединяющие ARM и DSP c различной периферией в зависимости от конкретного приложения.

— Продолжит ли в таком случае TI разработку своих процессорных ядер?

— нам важно иметь достаточно широкую номенклатуру компонентов. на базе ARM-ядра не всегда можно получить требуемую функциональ-ность. в частности, у простого про-цессорного ядра с5000 имеются два арифметико-логических устройства, которых на стандартном ARM-ядре нет. соответственно, у с5000 и уровень про-изводительности другой.

кроме того, у нас большая база кли-ентов, которые уже используют продук-ты на основе ядер TI. Заказчики должны быть уверены в том, что эти продукты будут поддерживаться и далее и можно будет использовать то программное обеспечение, которое работает на наших процессорах.

трудно заглядывать в будущее, но с большой вероятностью можно предпо-ложить, что существующий микс ARM- и DSP-ядер сохранится в продукции TI. Помимо устройств на базе ARM- и DSP-ядер, часто используются и аппаратные ускорители в том или ином виде, позво-ляющие получить дополнительную функ-циональность к стандартным ядрам. Мы продолжаем вкладывать средства в раз-витие собственных процессорных ядер, и достигнутый уровень не снизится.

— В линейке DSP компании нема-ло сложных и высокопроизводитель-ных процессоров, подходящих для

10

ры

но

к

www.elcp.ru

самых разных приложений, где тре-буется большой объем вычислений в реальном времени. Тем не менее относительно немного достаточно простых и дешевых продуктов вроде Black Fin от AD ценой в 3—4 долл. Это сознательный выбор TI?

— наши предложения в сегменте сигнальных процессоров начинаются с DSP семейства с5000, которое также имеет достаточно широкий спектр моделей — это 34 процессора на дан-ный момент, причем уровень цен в этом семействе изменяется от, скажем, 3—4 до 10—15 долл. также варьирует-ся уровень периферийной начинки в этих процессорах. в линейке продуктов OMAP ценовой диапазон также начи-нается от нескольких до 20—30 долл. и выше, что позволяет нам охватывать широкий уровень приложений.

кроме того, следует учитывать не столько стоимость процессора, но и всего решения. некий дополнительный компонент может значительно удоро-жать стоимость системы в целом.

— Что TI подразумевает под очень распространенным термином Embedded?

— возьмем, к примеру, процессор OMAP 3530, в состав которого входят ядро CortexА8, DSP C6000, графический ускоритель для 2D/3D-графики, а также периферийные модули. в целом эту систему и можно назвать встраиваемой. По мере развития рынка все труднее становится классифицировать и DSP, и микроконтроллеры. ответ зависит от каждого конкретного случая.

— Для каких приложений в основ-ном предназначены процессоры Da Vinci? Например, для массовых при-менений в телевизионных пристав-ках STB он слишком сложен и дорог.

— Da Vinci создавалась как много-процессорная архитектура с достаточ-но емким программным обеспечением, которое разрабатывалось с помощью большого количества сторонних фирм. По мере развития решения на основе этой технологии разделились на две группы: первая — высокопроизводи-тельные процессоры с мощными ядрами и большой гибкостью за счет программ-ного обеспечения и вторая, включающая более простые и менее гибкие решения. линейка дешевых решений в семействе Da Vinci построена с использованием процессорного ядра ARM9 и аппаратно-го ускорителя. линейка высокопроизво-дительных процессоров Da Vinci отли-чается большей гибкостью за счет того, что в ее моделях, помимо ядра ARM9 и тех же аппаратных ускорителей, исполь-зуются DSP. Более мощные процессоры Da Vinci предоставляют полную свободу программирования, конфигурирования,

что, конечно, достигается за счет более сложного программного обеспечения.

в таких массовых изделиях как set-top boxes, где задача процессора заключает-ся в том, чтобы принять, декодировать и вывести сигнал на экран телевизора, наверное, Da Vinci сложно конкурировать с дешевыми аппаратными чипами. однако дальнейшее развитие этого направления мультимедийных устройств происходит в сторону домашних мультимедийных ком-плексов с намного большим количеством функций и сервисов. в таких устройствах эта линейка программируемых решений будет достаточно востребованной.

Процессоры Da Vinci широко исполь-зуются в таких приложениях как видеона-блюдение, системы видеобезопасности. Эта линейка очень популярна в россии, в т.ч. и в массовом производстве. например, анонсированный в начале марта процес-сор TMS320DM365 в нижнем сегменте линейки Da Vinci уже привлекает очень большой интерес на локальном рынке.

— Нельзя ли четко сформулиро-вать требования, предъявляемые к компонентам для промышленного применения?

— на самом деле, Industrial — такой же маркетинговый термин, как и Embedded, но если говорить о кон-кретном промышленном сегменте устройств, то, как правило, продукты для промышленных приложений имеют расширенный температурный диа-пазон по сравнению с изделиями для коммерческого сегмента.

в частности, процессор OMAP35хх изначально использовался в мобильных устройствах. тем не менее он находит широкое применение и в индустриаль-ных приложениях по автоматизации зданий. еще одна особенность компо-нентов для индустриальных приложе-ний заключается в том, что в них исполь-зуется другой тип корпуса и у них весьма продолжительный жизненный цикл.

— В индустриальных приложени-ях ошибки, сбой, зависания системы управления, как правило, недопу-стимы. Ведется ли работа по улучше-нию помехоустойчивости процессо-ра OMAP35ХХ от электромагнитных полей, электростатического разряда?

— у нас разработана система специ-альных тестов TI для каждого примене-ния. устройства для промышленного сегмента, если сравнивать с коммерче-ским, проходят через большее количес-тво тестов, используются другие типы корпусов, чтобы обеспечить работу без сбоев. компоненты для автомобиль-ных приложений проходят еще больше тестов, чтобы обеспечить необходимую надежность в критических системах. одно и то же устройство проходит боль-шее количество тестов, если оно пред-

назначено не для коммерческого, а для автомобильного применения. вопрос защиты от электростатических или элек-тромагнитных помех сводится не к одно-му конкретному процессору, а к дизайну всей системы в целом. одна из наших задач — помогать заказчикам рекомен-дациями по разработке схемотехниче-ских решений, по схемам разводки плат, с тем чтобы обеспечить максимальную защиту от различного типа помех.

— Таким образом, на этапе раз-работки процессора для промыш-ленного назначения не применяется каких-то особых технологий, отли-чающихся от компонентов, скажем, для мобильных приложений?

— если мы говорим об одном и том же кристалле, использующемся как для коммерческих, так и для индустриаль-ных решений, то в последнем случае мы используем другой тип корпуса и, соответственно, проводим более стро-гое тестирование. А если говорить о кристаллах, специально разработанных, скажем, для автомобильных приложе-ний, то еще на уровне дизайна чипа при-меняются определенные технологиче-ские решения, позволяющие повысить надежность процессора.

— TI является «чемпионом мира» по компонентам с малым энергопотре-блением — достаточно взглянуть на микроконтроллер MSP430. Хотелось бы узнать, на какие параметры ори-ентируются разработчики, что для них важно: производительность, низ-кое потребление? Какая задача стоит перед разработчиком при выборе параметров?

— Что бы разработчики ни делали, они во что бы то ни стало должны уло-житься в бюджет энергопотребления. Мы применяем отдельно технологию создания высокопроизводительных чипов и отдельно — технологию для низ-копотребляющих чипов. крайне важно учитывать токи утечки. в частности, при разработке новых процессоров с55х с относительно меньшим энергопотребле-нием и размером корпуса 10×10 мм мы не стали поднимать частоту устройства выше 100 МГц, т.к. нужно было уложиться в определенный бюджет энергопотре-бления. всегда существует некий баланс между производительностью и низким энергопотреблением.

однако иногда компромисс между производительностью и низким энерго-потреблением находится на более высо-ком уровне: в процессорах OMAP35хх используется технология Smart Reflex, которая позволяет динамически управ-лять напряжением, частотой микропро-цессора уже на уровне кремния. Для ее реализации был использован специ-альный технологический процесс.

ры

но

к

11

Электронные компоненты №7 2009

События рынка

| РаЗВИТИе солНеЧНой ЭНеРгеТИКИ В РоссИИ | 30 июня 2009 г. в Москве прошел первый в России международный симпозиум, посвященный технологиям производства солнечных элементов и батарей, а также методам их тестирования и испытания. Организатором симпозиума выступила компания «Совтест АТЕ» (Курск).

«Совтест АТЕ» реализует инновационные проекты по созданию в России современных производств для выпуска солнечных элементов и батарей. Компания серьезно занимается вопросами фотовольтаики и имеет деловых партнеров среди ведущих производителей оборудования для солнечной энергетики в Европе, США и Азии.

Фотовольтаика — одна из быстро развивающихся отраслей, в основе которой лежит прямое преобразование солнеч-ного излучения в электрическую энергию с помощью специальных полупроводниковых элементов — солнечных батарей. В настоящее время в России восемь предприятий располагают технологиями и производственными мощностями для изготовления 2 МВт солнечных элементов и модулей в год. Общая мощность производимых ими фотоэлектрических преоб-разователей (ФЭП) составляет около 12…13 МВт в год, что пока не превышает 1% от общемирового объема производства. Наиболее крупными являются предприятия: «Солнечный ветер» (Краснодар) — объем производства 5 МВт (примерно 36% от общероссийского производства); «Красное знамя» (Рязань) и «Рязанский завод металлокерамических изделий» (3 МВт, 22%) и «Квант-Солар» (Москва) производит около 40% ФЭП и модулей.

Кроме того, на симпозиуме обсуждались перспективы развития солнечной энергетики в России, вопросы автоматиза-ции производства кристаллических солнечных элементов и развития тонкопленочных технологий, а также использования в фотовольтаике испытательных систем для солнечных модулей.

Доклады симпозиума подготовили представители зарубежных партнеров «Совтест АТЕ», разрабатывающие технологии и оборудование для производства солнечных батарей. Было представлено современное оборудование, применяемое для производства, тестирования и испытания эффективных солнечных модулей: оборудование для жидкостной химиче-ской обработки пластин (компания RENA), термических процессов (Despatch), для нанесения антиотражающего покрытия (Roth&Rau), а также оборудование для полной автоматизации производственных линий (MANZ Automation) и тестирова-ния готовых изделий (Votsсh).

www.sovtest.ru

новоСти Светотехники

| сВеТлое бУДУщее LED-ТеХНологИй | Компания Displaybank опубликовала отчет, согласно которому светодиодные тех-нологии — один из наиболее перспективных источников роста доходов. Многие компании уже вовлечены в этот многообе-щающий бизнес, другие планируют сделать это в самом ближайшем будущем.

Рыночный потенциал светодиодных технологий не имеет границ, поскольку непрерывно расширяется область их применения — от мобильных устройств, автомобилей, подсветки дисплеев больших размеров (LED BLU), светофоров до замены источников света в уличных, домашних и специальных светильниках. Например, рынок светодиодов для носимых устройств увеличится с 16,6 млрд шт. в 2007 г. до 24 млрд шт. в 2013 г. Рынок светодиодных светильников вырастет с 730 млн шт. в 2007 г. до 7,28 млрд шт. в 2013 г.

Крупные компании, такие как Samsung и LG, конкурируют, вкладывая огромные средства в разработку конечных про-дуктов и компонентов, включая кристаллы, корпуса, LED-приборы, а также различные устройства на основе светодио-дов.

www.russianelectronics.ru

новоСти технологий

| TSMC ЗаДеРжалась с осВоеНИем ТеХНологИИ HKMG? | Компании Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. (TSMC) лишь совсем недавно удалось преодолеть трудности в освоении 40-нм производства, мешавшие получить высокий процент выхода годной продукции. Проблемы с 40-нм техпроцессом — не единственное упущение TSMC. Компания отстает с освоени-ем технологии, основанной на использовании диэлектриков с высокой диэлектрической постоянной и металлических затво-ров (high-k/metal-gate, HKMG). Отставание составляет не менее трех кварталов. Надежду на осуществление первоначальных намерений TSMC освоить технологию HKMG в I кв. 2010 г. при переходе к нормам 28 нм развеял глава компании Моррис Чанг (Morris Chang). Он сказал, что компания могла бы передать в производство 28-нм HKMG-техпроцесс в конце 2010-го или в начале 2011 г. По словам Чанга, у TSMC уже есть 10 заказчиков, заинтересованных в технологи HKMG.

Обычный техпроцесс с соблюдением 28-нм норм TSMC планирует освоить в первой половине 2010 г. Но это может служить лишь слабым утешением — участники альянса, возглавляемого IBM, рассчитывают запустить производство с при-менением технологии HKMG до конца текущего года.

www.russianelectronics.ru

| мИРоВые ПРоДажИ ПолУПРоВоДНИКоВ ВыРослИ Во II кв. 2009 г. На 17% | Американская ассоциация SIA (Semi con-duc tor Industry Association) сообщает, что мировые продажи полупроводников в июне 2009 г. составили 17,2 млрд долл. По сравнению с предыдущим месяцем (16,6 млрд долл.) продажи выросли на 3,7%. В тот же период прошлого года оборот был на 20% выше и составлял 21,6 млрд долл. II кв. 2009 г. завершен с оборотом в 51,7 млрд долл., что на 17% больше, чем в I кв. (44,2 млрд долл.).

www.russianelectronics.ru

12

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

В статье поднимается проблема сбоев в современных микроэлектронных изделиях, вызванных воздействием одиночных частиц, таких как атмос-ферные нейтроны и альфа-частицы. Описывается история обнаружения данной проблемы, дается краткий обзор методов борьбы с одиночными сбоями на примере микропроцессоров компании IBM Corp.

оДиноЧные СБои — ВыЗоВ ДлЯ СоВреМенныХ МикроПроЦеССороВПавел ОсиПенкО, к.т.н., зав. отделом, нииСи рАн

1. введениеВ последние несколько десятилетий

технология производства интегральных схем развивается стремительными тем-пами, что позволяет повышать произво-дительность и функциональные возмож-ности изделий микроэлектроники. еще в 1965 г. сооснователь компании Intel Гордон Мур предсказал, что число тран-зисторов, которое можно разместить на одном кристалле, будет удваиваться каждые 1,5—2 года, и этот закон выпол-няется уже более 40 лет. В настоящий момент выпускаются микросхемы с чис-лом транзисторов около 2 млрд, и рост продолжается. однако разработчики микропроцессорных систем сталкива-лись с проблемами, которые, на первый взгляд, грозили остановить или суще-ственно замедлить экспоненциальное развитие. Первая серьезная трудность, названная «проблемой стены памяти» (memory wall), была вызвана тем, что рост производительности микропро-цессоров не поддерживался пропор-циональным ростом быстродействия микросхем памяти, в результате чего скорость обмена данными не поспевала за скоростью их обработки. несколько лет назад разработчики микропроцес-соров и систем столкнулись с другой серьезной трудностью — «проблемой стены мощности энергопотребления» (power wall). обнаружилось, что стан-дартные методы повышения произво-дительности за счет увеличения рабо-чей частоты и сложности архитектуры приводили к недопустимым уровням энергопотребления и, как следствие, перегреву кристалла и системы в целом. Даная статья посвящена проблеме оди-ночных сбоев в микроэлектронных изделиях, которая в недалеком будущем имеет все шансы получить название «проблема стены сбоев» (soft error wall). В статье под сбоем понимается нару-шение логического состояния элемента памяти под воздействием одиночных частиц, например нейтронов или альфа-частиц. Поскольку нарушение являет-ся обратимым, сбои называют мягкими (soft error), в отличие от систематических отказов (hard errors). Сразу следует ого-ворить, что в статье не рассматриваются специфические условия радиационного

воздействия космического простран-ства или зоны экспериментов научных центров по изучению свойств материи. рассматриваются самые обычные усло-вия на поверхности земли, в которых находятся как сами коммерческие ком-пьютеры, так и их пользователи.

2. дОказательствО наличия ОдинОчных сбОевСчитается [1], что проблема сбоев

вследствие попадания одиночных частиц в микросхемы стала широко обсуждаться после выхода статьи [5] в 1979 г., в которой описывались результаты исследования причины сбоев микросхем производства Intel Corporation. В статье доказывалось, что причиной наблюдаемых сбоев были альфа-частицы, которые испускали при распаде ядра урана, содержавшиеся в керамических корпусах. керамику для их изготовления получали из старой урановой шахты.

Позже с подобной проблемой столкнулась и компания IBM, которая выяснила, что сбои в ее микросхемах вызваны альфа-частицами, возникши-ми в результате распада радиоактив-ных примесей в жидкости для чист-ки бутылок. В них хранилась кислота, используемая в процессе производства микросхем [7].

В то время, когда инженеры разби-рались с причинами и искали способы устранения сбоев, вызванных радиоак-тивными примесями, Зиглер и ленфорд (Ziegler and Landford) в своей статье, вышедшей в 1979 г. [11], предсказали, что источником сбоев от попадания оди-ночных частиц могут быть не только альфа-частицы от радиоактивных при-месей, но и нейтроны, образующиеся в результате ядерных взаимодействий высокоэнергетичных частиц космиче-ского пространства с ядрами атомов воздуха. Это предсказание получило признание специалистов только в 1996 г. с выходом статьи [8] и выпуском специ-ального номера журнала тhe IBM Journal of Research and Development, целиком посвященного этой проблеме [13].

однако до конца 90-х гг. данная проблема обсуждалась только в кругу профессионалов на специализиро-

ванных конференциях и на страницах научных журналов. Широкое внимание общественности проблема получила с выходом статей в популярных журна-лах «Форбс» [4] в 2000 г. и EE Times [10] в 2002 г. Вторая статья с драматическим названием «инженеры считают ком-мерческие компоненты «небезопас-ными» для авиации» имела особенное влияние на общественность, так как показала, что проблема сбоев от оди-ночных частиц затрагивает безопас-ность каждого человека. В дальнейшем сообщения об обнаружении сбоев от одиночных частиц стали появляться регулярно.

очень упрощенно механизм сбоя заключается в том, что заряженная частица, пролетая через активную область транзистора, ионизирует атомы кремния, создавая электронно-дырочные пары. Электрическое поле вблизи p-n-перехода растаскивает носители заряда, создавая в цепях тран-зистора импульс тока. если импульс оказывается достаточно большим, то элемент памяти изменяет состояние и происходит сбой. В случае атмосфер-ных нейтронов с веществом взаимо-действуют и вызывают ионизацию либо ядра кремния, выбитые нейтронами, либо продукты распада ядра при взаи-модействии с нейтроном. Среди спе-циалистов нет единого мнения, как именно меняется вероятность сбоя отдельной ячейки памяти с уменьше-нием топологических норм [9]. одни утверждают, что вероятность сбоя увеличивается, другие доказывают, что вероятность сохраняется пример-но постоянной или даже уменьшается, однако, учитывая, что количество ячеек на кристалле удваивается каждые полтора-два года, увеличение частоты сбоев микросхемы в целом признается всеми. В настоящий момент крупней-шие производители микроэлектроники осознали угрозу, которую представляет воздействие одиночных частиц, в пер-вую очередь атмосферных нейтронов, и развернули широкую деятельность по изучению эффектов сбоев, а также по изучению и практическому приме-нению методов борьбы с ними в ком-мерческих изделиях.

14

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

3. МетОды бОрьбы с ОдинОчныМи сбОяМиМетоды борьбы с одиночными сбоя-

ми можно разделить на две группы. к первой относятся методы, уменьшаю-щие вероятность возникновения сбоя в элементе памяти при попадании части-цы в чувствительный обьем. Методы второй группы призваны обеспечивать корректность выполняемой програм-мы, если сбой все-таки произошел.

к первой группе относятся как тех-нологические, так и схемотехнические методы. из технологических методов можно назвать применение техноло-гии кни (кремний на изоляторе), при которой обьем чувствительной обла-сти существенно меньше, чем при стандартной объемной технологии. Соответственно, меньше величина собираемого заряда и вероятность, что он превысит критический уровень сбоя. Данные компании IBM [1] показывают, что схемы по кни технологии имеют в 5 раз лучшие показатели частоты сбоев, по сравнению с объемной технологией. Эксперименты, проводимые в нииСи рАн [14, 15], подтверждают этот вывод, причем зафиксировано преимущество схем на кни более чем на порядок.

к схемотехническим методам относят-ся методы построения ячеек, имеющих повышенную устойчивость к одиночным сбоям. Ярким примером таких ячеек можно считать 12-транзисторные ячейки типа DICE (Dual Interlocked Cell), которые позволяют исключить одиночные сбои, что подтверждается результатами экс-периментов [16, 17]. размер такой ячейки примерно в два раза больше стандарт-ной, что приводит к повышению энер-гопотребления и снижению быстродей-ствия. обзор схемотехнических решений, позволяющих создать устойчивые к сбою ячейки, приведен в [6, 18].

если сбой из-за попадания одиночной частицы все-таки произошел, необходи-мы меры, чтобы обнаружить и, по возмож-ности, исправить ошибочное значение. Методы данной группы можно разделить на методы, применимые к регулярным структурам, таким как массивы памяти, регистровые файлы и тракты передачи данных, и методы, применимые к нерегу-лярным структурам, например автоматы конечных состояний, арифметические устройства, исполнительные конвейеры микропроцессора.

Методы обнаружения и исправления ошибок в регулярных структурах доста-точно хорошо изучены и описаны во множестве книг и статей, как например в [6]. основная идея данной группы мето-дов заключается в том, что к защищае-мому слову данных добавляется неко-торое количество разрядов, значение которых вычисляется по определенно-му алгоритму в момент записи слова в память. При чтении значения дополни-

тельных разрядов вычисляются и срав-ниваются со считанным из памяти. если во время хранения произошел сбой, то данная схема позволит это обнару-жить. Простейшим примером является схема контроля четности, когда к слову добавляется один бит, вычисляемый как исключающее или от битов дан-ных. Схема контроля четности позво-ляет обнаруживать только одиночные сбои, не позволяя их корректировать. если количество дополнительных раз-рядов увеличить, то станет возможным обнаружить и скорректировать боль-шее количество сбоев в одном слове. на текущий момент наиболее популяр-ной является схема контроля кодом Хемминга с обнаружением двойных и корректированием одиночных ошибок, которая применяется практически во всех современных микропроцессорах (ECC — Error Check & Correction).

Методы защиты нерегулярных схем более сложные и менее распростра-ненные в коммерческих изделиях. традиционно, специализированные системы, требующие повышенной надежности и устойчивости ко всякого рода сбоям, применяемые, например, в космосе, использовали схемы двойно-го (DMR — Dual Modular Redundancy) либо тройного (TMR — Triple Modular Redundancy) резервирования. В такой системе два либо три процессора работают параллельно друг с другом, и специальный узел сравнивает резуль-таты их работы. В случае несовпадения формируется сигнал ошибки, и система выполняет требуемые действия по ее устранению.

недостатком такого подхода для коммерческих систем является высо-кое значение самого чувствительного для данной области параметра — стои-мости. В последнее время стали раз-виваться методы обеспечения сбоеу-стойчивости без полного дублирования аппаратных ресурсов. особенность этих методов заключается в том, что для их реализации требуется детальное пони-мание алгоритма работы защищаемого блока. краткий обзор этих методов дает-ся в следующем разделе при рассмотре-нии микропроцессоров компании IBM, которые можно считать воплощением самых современных достижений в обла-сти коммерческих сбое- и отказоустой-чивых микропроцессоров

4. ПриМеры ПриМенения МетОдОв бОрьбы сО сбОяМи в изделиях кОМПании IBMСледует признать, что лидером по

разработке сбоеустойчивых систем является компания IBM, которая создает такие системы с конца 60-х гг. из послед-них шедевров, созданных компанией, можно назвать RISC-микропроцессор Power6, анонсированный в мае 2007 г.,

и CISC-микропроцессор Z10, пред-ставленный в феврале 2008 г. [3, 12]. каждый из этих процессоров реализо-ван по технологии 65 нм кни, содер-жит 4 вычислительных ядра. рабочая частота достигает значений 5,0 ГГц и 4,4 ГГц, соответственно. Данные пара-метры производительности и функцио-нальной сложности находятся на уров-не лучших достижений, в соответствии с современным уровнем развития микроэлектроники. При этом микро-процессоры обладают уровнем сбоеу-стойчиовсти, намного превосходящим показатели конкурирующих изделий подобного класса. несмотря на то, что архитектурно это совершенно разные микропроцессоры (один RISC другой CISC), идеология защиты от одиночных сбоев у них очень похожая.

Во-первых, следует отметить повсе-местное применение схем ECC. В част-ности, схемы ECC покрывают кэш-память всех уровней, внешнюю память, а также тракты данных внутри кри-сталла и на всех каналах, соединяющих микропроцессор с внешним миром.

Во-вторых, в управляющую логику процессорного ядра внедрены специ-альные структуры по проверке логи-ческой стойкости (logical consistency checkers), призванных отслеживать кор-ректность работы автоматов состояний и других элементов управления. к при-меру, если автомат переходит в недопу-стимое состояние или совершил недо-пустимый переход из одного состояния в другое, такая структура обнаружива-ет это и выдает сигнал ошибки. В про-цессоре Z10 реализовано около 20 тыс. таких элементов.

Арифметические устройства защище-ны от одиночных сбоев с помощью схем вычисления и контроля остатка (residue checking). идея данного решении заклю-чается в том, что остаток (residue) резуль-тата арифметической операции может быть вычислен на основании остатков входных операндов. Соответственно, схема позволяет проверить коррект-ность выполнения операции, причем размер такой схемы занимает незначи-тельную часть по сравнению с разме-ром самого арифметического устрой-ства. Для некоторых узлов применяются схемы вычисления и контроля бита чет-ности результата на основании битов четности входных операндов, называе-мые parity prediction circuits.

отличительной особенностью дан-ных микропроцессоров является нали-чие особого блока R-unit, создающего и сохраняющего архитектурное состояние (СР-checkpoint) в особой памяти после завершения каждой команды или груп-пы команд, запускаемых в одном такте. Перед сохранением каждой контрольной точки производится проверка сигналов ошибки от всех узлов микропроцессора.

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

15

электронные компоненты №7 2009

При обнаружении такого сигнала запускается процедура вос-становления последнего корректного архитектурного состоя-ния с перезапуском команды. если обнаруживается, что причи-ной ошибки явился не сбой, а отказ, то запускается процедура передачи последнего сохраненного архитектурного состояния в резервное вычислительное ядро с передачей ему управле-ния. Все эти операции выполняются прозрачно для програм-мис та и не приводят к прерыванию выполнения программы.

Следует отметить, что в Power6 и Z10 реализован такой метод защиты от двойных сбоев в памяти как скрабиро-вание памяти (memory scrubbing). Суть метода в том, что если обращение к ячейке, защищенной четностью или ECC, происходит достаточно регулярно, то одиночные сбои в памяти не представляют серьезной опасности, т.к. при этом происходит обнаружение ошибки и ее коррекция. однако если к ячейке, в которой произошел сбой, длительное время отсутствуют обращения, то появляется вероятность, что в ней же произойдет повторный сбой, который схема коррек-ции уже не сможет исправить. Для серверов, которые долж-ны работать недели и месяцы без перезагрузки, это может стать серьезной проблемой. Соответственно, в процессоре реализованы специальные аппаратные средства, способные периодически (период задается программно) считывать и корректировать как внутреннюю кэш-память, так и внешнюю динамическую память. Эти действия выполняются в про-межутках времени, когда проверяемый ресурс свободен и, соответственно, потери производительности не происходит.

Помимо упомянутых, в этих микропроцессорах реали-зовано множество других решений по повышению сбое-устойчивости, таких как динамическая замена линий связи с памятью, удаление отказавшей строки кэш-памяти, схема переключения на резервный генератор тактовых импульсов в случае отказа основного и пр., подробное описание кото-рых выходит за рамки статьи.

Проведенные компанией IBM исследования микропро-цессора Power6 на пучке нейтронов показали, что из зафик-сированных более чем 5 тыс. сбоев 99,80% были успешно обнаружены и исправлены без остановки выполняемой про-граммы; 0,19% ошибок были обнаружены и потребовали останова программы и только 0,01% ошибок привело к поте-ре данных, что примерно соответствует частоте ошибок один раз в 1 000 лет [3].

заключениеПомимо рассмотренных микропроцессоров компании

IBM, элементы защиты от сбоев реализованы практически во всех коммерческих микропроцессорах, особенно при-меняемых на рынке серверов, где потеря данных может при-вести к серьезным финансовым убыткам. Можно упомянуть такие серверные микропроцессоры как SPARC64 V компании Fujutsu, Itanium2 компании Intel, Opteron компании AMD. Стали появляться компании, специализирующиеся на раз-работке сбоеустойчивых решений, как например компания Yogitech, на оригинальных решениях которой фирма ARM в 2008 г. выпустила сбоеустойчивую версию своего популярно-го синтезируемого процессорного ядра Cortex-M3 [2].

Все это показывает, что ведущие мировые лидеры в обла-сти микроэлектроники осознали, что по мере снижения про-ектных норм и увеличения числа элементов на кристалле одиночные сбои действительно превращаются в серьезное препятствие и необходимо предусматривать меры по их нейтрализации на самых ранних стадиях разработки, несмо-тря на дополнительные затраты на разработку и повышение стоимости конечного изделия.

Литература1. Cannon E., Reinhardt D. et all. SRAM SER in 90, 130 and 180 nm Bulk

and SOI Technologies//42nd Annual Reliability Physics Symposium, 2004, pp. 300—304.

2. Halfhill T. Fault tolerance for Cortex-M3//Microprocessor Report, V.22, №5, 2008, pp.1–11.

3. Kevin R., Pia N. et all. Fault-Tolerant Design of the IBM Power6 Microprocessor//IEEE Micro, V. 28, № 2, 2008, pp. 30-38.

4. Lyons D. SUN Screen//Forbs, Novem ber 13, 2000//www.forbes.com/global/ 2000/1113/0323026a.html.

5. [5] May T. C., Woods M. H. Alpha-Particle-Induced Soft Errors in Dynamic Memories//IEEE Trans. on Elect. Devices, V.26, № 1, 1979, pp. 2–9.

6. Mukherjee S. Architecture Design for Soft Errors, Elsevier, 2008, 337 p.7. Mukherjee S. Computer glitches from radiation: A problem with

multiple solutions//Microprocessor Report, V.22, #5, 2008, pp.12–19.8. Normand Е. Single Event Upset at Ground Level//IEEE Trans. on

Nuclear Sc., V. 43, № 6, 1996, pp. 2742–2750, 9. Normand E. Single Event Effects in Avio nics and on the Ground//

Int. Journal of High Speed Electronics and Systems, V.14, №2, 2004. pp. 285–298.

10. Rea D. Engineer calls off-the-shelf com ponents 'unsafe' for aircraft//EE Times, Sep tember 23, 2002.

11. Ziegler J., Lanford W. The Effect of Cosmic Rays on Computer Memories//Science, V. 206, №. 776, 1979.

12. Webb C. IBM z6 — The Next-Generation Mainframe Microprocessor, IBM Systems & Technology Group, 2007//speleotrove.com/de ci mal/IBM-z6-mainframe-microprocessor-Webb.pdf.

13. IBM Journal of Res. and Develop., V. 40, 1996//www.research.ibm.com/journal/rd40-1.html.

14. Баранов С., Василегин Б. , Осипенко П. и др. Исследование одиночных эффектов в микроконтроллерах серии 1890 при воздей-ствии протонов//Радиационная стой кость электронных систем «СТОЙКОСТЬ-2006», научно-технический сборник, вып. 9, М.: МИФИ, 2006, С.101—103.

15. Василегин Б., Емельянов В., Осипенко П. и др. Исследование чувствительности микропроцессоров к одиночным сбоям при воз-действии осколков деления радионуклида калифорний-252.//ВАНТ, серия «Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру», Научно-технический сборник, вып. 3—4, М.: НИИП, 2006.

16. Василегин Б., Емельянов В., Оси пен ко П. и др. Исследование чувствительности ячеек КНИ СОЗУ различных типов к воздей-ствию тяжелых заряженных частиц//Радиационная стойкость электронных систем «СТОЙКОСТЬ-2009» научно-технический сборник, вып. 9, М.: МИФИ, 2009, С. 75–77.

17. Василегин Б., Емельянов В., Осипенко П. и др. Исследование влия-ния конструктивно-технологических параметров КНИ СОЗУ на чувствительность к одиночным сбоям при воздействии тяжелых заряженных частиц//ВАНТ, серия «Физика радиационного воздей-ствия на радиоэлектронную аппаратуру», научно-технический сборник, вып. 1, М.: НИИП, 2008, С. 133–138.

18. Ельчин И., Шагурин И., Осипенко П., Василегин В. Аппаратные средства введения помехоустойчивого кодирования для повыше-ния отказоустойчивости СБИС оперативной памяти//Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА, Научно-технический журнал, №4, М.: 2006, С. 65–71.

16

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

В статье подробно рассматривается извечная проблема: что лучше выбрать, когда требуется цифровая обработка сигнала — высокопро-изводительный микропроцессор или DSP? Подробно рассматриваются все аспекты проблемы, включая трудоемкость разработки и стоимость компонентов. Статья написана с точки зрения разработчика и пред-ставляет безусловный интерес для инженеров-проектировщиков микро-процессорных систем.

Микропроцессор или DSP? А Может, и тот, и другой?Константин Бочаров, научный сотрудник, нииси рАн

введениеразработчики систем цифровой обра-

ботки сигналов имеют широкий выбор процессоров для решения своих задач. наряду с микропроцессорами общего назначения, традиционными специализи-рованными сигнальными процессорами DSP, все большее распространение полу-чают гибридные процессоры. среди них можно выделить собственно гибридные процессоры, т.е. процессоры, имеющие характерные особенности архитектуры как процессоров общего назначения, так и сигнальных процессоров, а также процессоры с расширениями DSP (DSP enhanced processors) — процессоры общего назначения, с точки зрения архи-тектуры, но дополненные специализиро-ванными блоками или сопроцессорами DSP, и многоядерные системы. некоторое представление о таком разнообразии

дает рисунок 1, на котором различные семейства процессоров распределены в соответствии с их производительностью и оптимизацией для обработки сигналов. нетрудно найти процессор под любую задачу — гораздо сложнее выбрать опти-мальный вариант.

Алгоритмы DSP имеют характерные особенности, определяющие архитекту-ру специализированных процессоров; они приведены в таблице 1 [1]. Большие объемы вычислений требуют парал-лелизации вычислительных блоков, а также аппаратной реализации основных функций. соответственно изменяется и система команд — вводится основная операция умножения с накоплением, реализуемая за один цикл. требования к высокой точности вычислений при-водят к использованию многоразряд-ных регистров аккумуляторов, защит-

ных разрядов и аппаратной реализации арифметики с насыщением. для обеспе-чения высокой пропускной способности памяти и предсказуемости параметров доступа к данным используются гар-вардская архитектура с параллелиза-цией доступа к памяти, специфические способы адресации (кольцевой буфер). Чтобы справиться с потоком данных в реальном времени, необходима стати-ческая память с механизмом прямого доступа. локальность времени исполне-ния обеспечивается аппаратной реали-зацией циклов и потоковой обработкой прерываний.

при выборе процессора для систе-мы цифровой обработки сигнала целе-сообразно рассматривать следующие факторы:

– производительность;– трудоемкость разработки;– доступность, переносимость кода;– совместимость, поддержка про-

изводителем процессоров;– стоимость;– размер;– потребляемая мощность.

ПроизводительностьБыстродействие процессора опреде-

ляется тремя факторами: пропускной способностью канала обработки данных, скоростью доступа к памяти и ограни-чениями реального времени. скорость обработки данных определяется доступ-ными вычислительными ресурсами и возможностью одновременной работы. Быстродействие подсистемы памяти определяется ее архитектурой (гар-вардская или фон-неймановская), схе-мотехникой (статическая/динамическая), наличием кэшей и механизмов прямого доступа к памяти. Возможность работы в реальном времени ограничивается недетерминированностью операций и динамическими свойствами процессора. основные особенности каналов обработ-ки данных в сигнальных процессорах и процессорах общего назначения приве-дены в таблице 2 для систем начального уровня и в таблице 3 — для высокопро-изводительных систем.

Таблица 1. Особенности алгоритмов обработки сигналов и сигнальных процессоров

Особенности алгоритмов DSP Особенности DSP

Большие объемы вычислений Параллельно работающие вычислительные блоки, аппаратное ускорение основных функций DSP

Высокая точность вычислений Многоразрядные регистры аккумулятора, охранные биты, аппаратная реализация арифметики с насыщением

Высокая пропускная способность памяти Гарвардская архитектура, поддержка параллельных передач данныхПредсказуемость параметров доступа к данным Специализированные способы адресацииЛокальность времени выполнения Аппаратная реализация циклов, потоковая обработка прерываний

Математические алгоритмы Блок умножения или умножения с накоплением, выполняющий опера-цию за 1 цикл, команда умножения с накоплением

Потоки данных Статическая память без кэша, но с прямым доступом

Ограничения реального времени Минимум динамических архитектурных особенностей, встроенная память (ОЗУ) вместо кэша

Стандартные особенности 16-разрядные типы данных, округление, арифметика с насыщением

Рис. 1. Процессоры общего назначения и сигнальные процессоры

18

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

для обработки больших потоков данных уместна концепция SIMD (Single Instruction — Multiple Data), т.е. использо-вание одного потока команд для опера-ций над несколькими потоками данных. В процессорах общего назначения такая обработка данных встречается только в высокопроизводительных семействах, например, PowerPC 74xx обеспечивает одновременное выполнение операций над четырьмя 32-разрядными числами с плавающей запятой или четырьмя 32-разрядными; восемью 16-разрядны-ми или шестнадцатью 8-разрядными целыми числами. В DSP же инструкции, поддерживающие выполнение по прин-ципу SIMD, встречаются и в самых про-стых моделях, пусть и в ограниченном варианте, например, только сложение двух пар 16-разрядных целых чисел. В высокопроизводительных DSP и гибрид-ных процессорах возможности SIMD развиты не хуже, чем в мощных процес-сорах общего назначения.

В процессорах общего назначения используется как фон-неймановская архитектура памяти (в системах началь-ного уровня), так и гарвардская, как пра-

вило, в более мощных устройствах. В DSP использование гарвардской архитектуры характерно для моделей всех уровней производительности. такая архитектура позволяет за один цикл обращения к памя-ти извлекать одновременно инструкцию и операнд, а в высокопроизводительных процессорах — несколько инструкций (до 8 в современных DSP и до 4 в про-цессорах общего назначения) и несколь-ко слов данных от 16 до 64 бит (либо одно слово максимальной разрядности). кэширование данных используется пре-имущественно в процессорах общего назначения, для DSP же характерно при-менение прямого доступа к памяти.

Большинство задач DSP подразуме-вает обработку данных в реальном вре-мени. процессор должен успеть выпол-нить требуемые операции над одной выборкой данных в потоке, прежде чем поступит следующая выборка. помимо собственно вычислительной произво-дительности на возможность работы в режиме реального времени оказы-вает влияние детерминированность и предсказуемость системы в целом. недетерминированность приводит к

неравномерной нагрузке процессора, затрудняет оптимизацию и отладку. причины возникновения недетермини-рованности — многозадачность, алго-ритм, изменяющийся в зависимости от данных, динамические особенности архитектуры (суперскалярность, пред-сказание ветвлений, зависимые от дан-ных времена выполнения инструкций).

динамические конструктивные осо-бенности в большей мере характерны для процессоров общего назначения. как правило, системы DSP строятся таким образом, чтобы избежать самой необходимости таких особенностей. В DSP начального уровня они не применя-ются, в производительных процессорах чаще всего используется кэширование, редко — суперскалярное выполнение и предсказание ветвлений. В процессо-рах общего назначения динамические особенности архитектуры, напротив, используются очень широко. В про-изводительных системах обычно при-меняется суперскалярное выполнение инструкций с предсказанием ветвле-ний, динамическое кэширование при-меняется и на процессорах начального уровня. рассмотрим перечисленные особенности более подробно.

кэширование работает по принципу уменьшения среднего времени досту-па — оно эффективно для большинства приложений, но время доступа может варьироваться достаточно широко. В то же время многие приложения, в т.ч. приложения жесткого реального време-ни, чувствительны как раз к максималь-ному, а не среднему времени доступа. последовательность доступа к данным в системах DSP, как правило, хорошо пред-сказуема. таким образом, прямой доступ к памяти может быть эффективнее кэ- шей. некоторые типы кэш-памяти предо-ставляют возможность предварительной выборки данных. В некоторых DSP кэш может быть отключен или переконфигу-рирован для частичного использования как статического оЗу.

предсказание ветвлений очень точно работает в большинстве прило-жений, в т.ч. и в приложениях обработ-ки сигнала, где большинство ветвлений является частью цикла со счетчиком. но сложные алгоритмы предсказания ветвлений вводят временную неопре-деленность. сложно предсказать, явля-ется ли прогноз точным в конкретный момент времени.

основные методы обеспечения высо-кой производительности путем одно-временного выполнения нескольких инструкций — это суперскалярность и архитектура VLIW (Very Long Instruction Word) — очень длинное командное слово. В суперскалярных процессорах есть несколько вычислительных моду-лей, но задача распределения работы между ними решается аппаратно. Это

Рис. 2. Сравнение производительности процессоров начального уровня (стоимостью до 10 долл.)

Таблица 2. Особенности вычислительных блоков в процессорах начального уровня

Сигнальный процессор начального уровня Микропроцессор начального уровня

Специализированные аппаратные блоки выполняют все основные арифметические операции за 1 цикл

Умножение и многоразрядные сдвиги, как правило, требуют более 1 цикла

Обычно 16-разрядный, поддерживает и целочислен-ные, и нецелочисленные операции 32-разрядный, возможны только целые числа

Аппаратная поддержка управления точностью вычис-лений: «сторожевые» биты, насыщение, режимы округления

Насыщение, округление, как правило, требуют дополнитель-ного цикла

Ограниченный набор битовых операций Возможен расширенный набор битовых операций

Таблица 3. Особенности вычислительных блоков в производительных процессорах

Производительный сигнальный процессор Производительный микропроцессор

До 8 арифметических модулей Как правило, от 1 до 3 арифметических модулейНаличие специализированных арифметических устройств: блок умножения с накоплением, декодер Витерби

Универсальные математические устройства: блок целочислен-ной арифметики, устройство вычислений с плавающей запятой

Поддержка различных разрядностей данных Поддержка различных разрядностей данныхНабор битовых операций может варьироваться от очень ограниченного до разнообразного Возможен расширенный набор битовых операций

Аппаратная обработка округлений и математики с насыщением

Насыщение и округление, как правило, требуют дополнитель-ного цикла

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

19

электронные компоненты №7 2009

очень усложняет дизайн процессора и может быть чревато ошибками. В процессорах VLIW задача распределе-ния решается во время компиляции, и в инструкциях явно указано, какое вычислительное устройство должно выполнять ту или иную команду.

суперскалярность используется в большинстве высокопроизводительных процессоров общего назначения. ее характерные особенности:

– высокая аппаратная сложность, потребляемая мощность, большая пло-щадь кристалла;

– сложная модель поведения, непо-стоянство временных параметров;

– высокая производительность при совместимости на уровне программного кода;

– низкая сложность сопутствующе-го программного обеспечения (компи-лятора).

Архитектура VLIW используется преимущественно в высокопроизводи-тельных DSP:

– сниженная аппаратная сложность;– отсутствие динамических особен-

ностей поведения;– не всегда совместимый програм-

мный код;– повышенная сложность сопут-

ствующего программного обеспечения.

трудоемКость разраБотКиразработка программ для процес-

соров общего назначения является, как правило, менее трудоемкой. сложность вызывает реализация SIMD-вычислений

(в любых типах процессоров) — компи-лятор не всегда оказывается эффектив-ным. с точки зрения поддержки, для DSP доступны библиотеки и инструменты DSP, в то время как для процессоров общего назначения — библиотеки и инструмен-ты. особенности наборов команд процес-соров общего назначения и сигнальных процессоров приведены в таблицах 4 и 5. Что характерно, у простых DSP систе-ма команд более сложная, ориентиро-ванная на специфические операции, используемые при обработке сигналов.

инструментальные средства разра-ботки для обоих классов процессоров разнообразны, есть как примитивные варианты, так и сложные. основные раз-личия сводятся к поддержке специфиче-ских функций DSP. средства разработки для DSP поддерживают специализиро-ванные расширения языка C (типы дан-ных с фиксированной запятой, кольце-вые массивы и указатели), что позволяет получить более производительный код, а средства симуляции и отладки модели-руют работу процессоров с точностью до цикла обращения к памяти, что дает воз-можность максимально оптимизировать выполнение программы. поддержка по для DSP сторонних производителей значительно варьируется — от неудо-влетворительной до отличной. уровень поддержки функций DSP в средствах раз-работки, ориентированных на процес-соры общего назначения, очень низкий,

Таблица 5. Особенности систем команд производительных процессоров

Высокопроизводительный сигнальный процессор

Высокопроизводительный микропроцессор

Высокопроизводительный микропроцессор с SIMD-расширениями

Команды малой или средней сложности Простые команды Команды средней сложности

Ортогональность варьируется от сред-ней до очень высокой

Ортогональность варьируется от средней до очень высокой

Ортогональность варьируется от сред-ней до очень высокой

Таблица 4. Особенности систем команд процессоров начального уровня

Сигнальный процессор начального уровня Микропроцессор начального уровня

Специализированные сложные команды Команды общего назначения

Одна команда задает несколько операций Обычно одна команда — одна операция

Низкая ортогональность Хорошая ортогональность

20

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

но постепенно ситуация выправляется. общим местом для этого класса процес-соров является нехватка симуляторов с точностью до цикла. поддержка сторон-него по, не ориентированного на DSP, в средствах разработки для DSP ограниче-на, но расширяется. процессоры общего назначения имеют очень широкую под-держку. Функции систем реального вре-мени поддерживаются для обоих клас-сов процессоров.

некоторые средства разработки позволяют подключать внешние инстру-ментальные средства высокого уровня. для некоторых DSP возможно подключе-ние математических пакетов, например MATCAD. для процессоров общего назна-чения существуют средства разработки пользовательских интерфейсов и т.д.

достуПность и совместимостьосновное преимущество процессо-

ров общего назначения — существова-ние нескольких стандартных архитек-тур (PowerPC, MIPS, ARM, x86), на основе которых построено подавляющее боль-шинство мощных процессоров, что обе-спечивает переносимость кода не толь-ко внутри семейств, но и между ними. В сегменте процессоров начального уровня разнообразие выше, но и там двоичная совместимость кода встреча-ется часто. некоторые процессорные ядра (ARM, MIPS) могут производиться по лицензии, в т.ч. и в составе сложных многоядерных систем.

сигнальные процессоры, напротив, в большинстве случаев используют пропри-етарные архитектуры. лицензирование ядра для стороннего производства встре-чается очень редко (CEVA-X). двоичная совместимость кода между поколения-ми процессоров может быть неполной. полностью совместимы по коду, напри-мер, процессоры крупного семейства C6xxx производства Texas Instruments.

стоимостьстоимость аппаратной составляющей

системы зависит от реализации. В слу-чае использования готовых компонентов цена складывается из стоимости микро-схем и их интеграции в систему. при этом уменьшение количества компонентов может снизить стоимость системы. В случае системы на кристалле стоимость складывается из размера кристалла и лицензионных платежей.

на стоимость системы влияет набор интегрированных периферийных устройств. В процессорах начального уровня обоих классов выбор пери-ферийных устройств и интерфейсов обычно широк, но при этом они часто ориентированы на потребительские приложения, например USB, последо-вательные порты и т.д. В высокопроиз-водительных системах степень интегра-ции средняя или высокая, но бывают и исключения: например, процессоры для персональных компьютеров имеют минимум периферии. но в сегменте

Рис. 4. Соотношение быстродействия и потребляемой мощности для лицензируемых ядер

мощных процессоров используются специфические блоки, например деко-дер Витерби.

ПотреБляемая мощностьна потребляемую мощность влия-

ют многие факторы, как схемотехниче-ские, так и технологические. рассмотрим основные архитектурные особенности, встречающиеся как в процессорах обще-го назначения, так и в DSP.

параллелизация вычислений позво-ляет снизить тактовую частоту при сохранении производительности. с другой стороны, параллельная работа нескольких мощных вычислительных блоков может привести к повыше-нию токов утечки. В суперскалярных архитектурах аппаратная реализация функции распределения ресурсов тоже потребляет энергию. Аппаратная реа-лизация вычислительных функций и соответствующий задаче набор команд позволяют уменьшить количество инструкций, требуемых для выполне-ния того или иного алгоритма, и тем самым сократить количество обраще-ний к памяти и тактовую частоту при сохранении производительности.

интегрированные решения энер-гетически гораздо более выгодны. обращение к памяти, размещенной на кристалле, требует меньше энер-гии, чем обращение к внешней памя-ти. кэширование не всегда помогает исправить ситуацию. интегрированные интеллектуальные периферийные устройства эффективно работают при параллельных вычислениях и поддер-живают режим энергосбережения про-цессора.

отдельно стоит отметить функции управления потреблением энергии. они не являются специфичными для того или иного класса процессоров, но в случае особых требований к рассеиваемой мощ-ности на них стоит обратить внимание.

оценКа Производительностипри оценке производительности про-

цессоров для обработки сигнала необхо-димо учитывать особенности приложений и продуктов. относительная производи-тельность может сильно варьироваться в зависимости от используемых средств. к данным, приводимым производителем, стоит относиться скептически: количе-ство миллионов операций в секунду ни о чем не говорит. точный инструмент — это тестовые программы.

при оценке эффективности исполь-зования процессора важно рассматри-вать не только скорость вычислений, но и соотношение цена/производи-тельность, энергопотребление, исполь-зование памяти. на рисунках 2—4 приведены сравнительные диаграммы производительности для разных про-цессоров.

Рис. 3. Сравнение производительности процессоров верхнего уровня

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

21

электронные компоненты №7 2009

выводы и заКлючениеитак, в каком случае оптимальным

будет выбор специализированного сиг-нального процессора?

– если требуется максимальное быстродействие или производитель-ность при высокой нагрузке;

– если есть совместимое по, и вы намерены его повторно использовать;

– разработчики уже знакомы с ним;– если не требуется решать много

задач помимо обработки сигнала;– если вы предполагаете разраба-

тывать по, использующее цифровую обработку сигналов;

– при использовании DSP можно задействовать уже имеющееся каче-ственное по;

– вам не нужна многофункциональ-ная операционная система;

– требуется максимальный детер-минизм времени выполнения;

– DSP предлагает наиболее полную интеграцию в разрабатываемую сис-тему.

В то же время процессор общего назначения оптимален при следующих условиях:

– микропроцессор обеспечива-ет достаточную производительность и эф фек тивность для нагрузки в части DSP;

– есть совместимое по, и вы наме-рены его повторно использовать;

– вы хотите иметь возможность менять производителей оборудования

в пределах стандартной промышлен-ной архитектуры;

– разработчики уже знакомы с ним; – вам необходимо решать другие

задачи помимо обработки сигнала;– вы не планируете разрабатывать

по, ориентированное на DSP; – при использовании процессора

общего назначения можно задействовать уже имеющееся качественное по;

– вам требуется многофункциональ-ная операционная система;

– детерминизм и предсказуемость времени выполнения не критичны;

– микропроцессор предлагает наи-более полную интеграцию в разрабаты-ваемую систему.

если предстоит решать комплекс-ные задачи, включающие помимо обра-ботки сигнала и задачи общего назна-чения, управления и т.д., то возможно несколько вариантов:

– два процессора или двухъядер-ный чип — сочетает максимум возмож-ностей двух классов процессоров. но стоимость такого решения высока, а разработка программного обеспече-ния достаточно трудоемкая;

– микропроцессор с расширениями DSP или сигнальным сопроцессором обе-спечивает высокую вычислительную про-изводительность в алгоритмах обработки сигналов, сохраняя характерные особен-ности процессоров общего назначения. но, как правило, программное обеспече-

ние, средства разработки и SDK для реше-ния задач DSP не самые эффективные, не позволяют создать максимально произ-водительное решение малыми усилиями. интеграция такого устройства в систему тоже может вызвать затруднения;

– гибридный процессор — макси-маль но компромиссное решение. не пло-хо справляется и с общими задачами, и с алгоритмами DSP. но, как правило, программное обеспечение, инструмен-ты для решения общих задач DSP — не самые оптимальные и удобные.

– медиапроцессоры и процессоры, ориентированные на конкретные прило-жения. свою задачу выполняют отлично. но большая часть их ориентирована на мультимедийные приложения.

современные микропроцессоры решают весь спектр потенциальных задач, связанных с цифровой обработ-кой сигнала. проблема выбора лучшего варианта из всего многообразия слож-на, и однозначного пути ее решения нет — все зависит от конкретной систе-мы, требований к ней и их приоритет-ности. В статье рассмотрены основные критерии выбора и соответствие типов процессоров этим критериям, но окон-чательное решение остается за раз-работчиком.

Литература:1. http://www.insidedsp.com/Home/tabid/

36/Default.aspx

22

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

В статье рассказывается о микропроцессорах и микроконтроллерах ColdFire, их производительности, функциональных особенностях и преи-муществах по сравнению с другими 32-разрядными микропроцессорами и микроконтроллерами для встраиваемых приложений.

ColDFire: перспективные решения для встраиваеМых приложенийИгорь ШагурИн, д.т.н., проф., руководитель лаборатории микропроцессорных систем кафедры микро- и наноэлектроники, МиФи

в 1994 г. компания Motorola, являв-шаяся одним из лидеров на рынке производства полупроводниковых приборов, начала выпуск нового семейства 32-разрядных микропро-цессоров, которое получило назва-ние ColdFire (условное обозначение MCF5xxx). Целью его разработки было создание процессоров с более высо-кой производительностью и с мень-шей стоимостью, чем микропроцес-соры семейства MC68xxx, которые были в то время основной продук-цией Motorola в классе высокопроиз-водительных микропроцессоров. для достижения этой цели процессоры проектировались с использованием ряда принципов riSC-архитектуры. особенностью семейства ColdFire является использование команд переменной длины: 2, 4 или 6 байт. Благодаря этому микропроцессоры MCF5xxx требуют меньшего объема памяти программ по сравнению с традиционными riSC-процессорами, для которых характерна фиксиро-ванная (обычно 32-битная) длина команд. в то же время процессоры ColdFire имеют такую же регистровую модель пользователя, как семейство MC68xxx, реализуют набор команд и способы адресации этого семейства. таким образом, реализуя удобный для пользователя широкий набор команд и способов адресации, характерных для riSC-процессоров, семейство ColdFire обеспечивает высокую про-изводительность (выполнение в каж-дом такте одной и более операций), свойственную riSC-процессорам [1].

компания Freescale Semiconductor, организованная в 2003 г. на базе сектора полупроводниковых компо-нентов компании Motorola, продол-жила выпуск этого семейства, значи-тельно расширив его номенклатуру. в настоящее время в его состав входят более 90 моделей микропроцессоров и микроконтроллеров, имеющих широ-кий спектр характеристик и ориентиро-ванных на использование в аппаратуре различного назначения.

Процессорные ядра ColdFireпроцессорное ядро CFPU (ColdFire

Processor Unit), используемое семей-ством MCF5xxxx (Motorola ColdFire 5xxxx), имеет ряд модификаций. в современных моделях используются модификации V1, V2, V3, V4, у которых есть свои архитектурные особенности и сферы применения.

ядро ColdFire V2, применение кото-рого началось в 1994 г., является базо-вым вариантом для семейства MCF5xxx. в современных моделях используется модифицированный вариант этого ядра V2e, который обеспечивает аппа-ратную реализацию команд деления и выполнение группы команд «умно-жение — сложение — накопление» (MAC-операции: Multiplication with Accumulation), позволяющих эффек-тивно реализовать процедуры цифро-вой обработки сигналов (Цос). данное ядро использует 32-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса, обеспечивающую адресацию памяти емкостью до 16 Мбайт. в ядре V2e орга-низован четырехступенчатый конвейер выполнения команд, который позво-ляет в каждом такте получить резуль-тат выполнения очередной операции. таким образом, средняя производи-тельность процессорного ядра в MiPS (миллионов операций/с) практически соответствует его тактовой частоте в МГц. Это ядро используется в боль-шинстве моделей микроконтроллеров и в ряде моделей микропроцессоров ColdFire.

ядро V1 представляет собой упро-щенный вариант ядра V2, используе-мый в семействе совместимых 8- и 32-разрядных микроконтроллеров Flexis, выпуск которых начался в 2006 г. Это ядро не выполняет команды деле-ния (процедура деления реализуется программно с помощью компилятора) и MAC-операции. ядра V3 и V4 ори-ентированы на применение в высоко-производительных микропроцессорах. в большинстве моделей семейства используются модифицированные варианты ядер V3e и V4e, реализую-

щие команду деления и расширенный набор MAC-операций — eMAC. в этих ядрах используется 32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина адреса, обеспечивающая адресацию до 4 Гбайт памяти.

в ядре V3e организован 6-ступен-чатый конвейер выполнения команд с использованием статического пред-сказания направлений ветвления, обе-спечивающий получение в каждом такте результата выполнения очеред-ной операции. в ядре V4e, применение которого началось в 2000 г., реализо-ван 9-ступечатый конвейер выполне-ния команд. динамический механизм предсказания направления ветвления по результатам предыдущих команд позволяет сократить до минимума количество перезагрузок конвейера при операциях условных переходов. исполнительный конвейер этого ядра обеспечивает одновременное выпол-нение двух операций, при этом про-цессор в среднем получает за один такт результаты 1,5 операций. такая архитектура названа «ограниченно суперскалярной». Уже имеются сооб-щения о разработке следующей версии ядра — V5, которая имеет полностью суперскалярную архитектуру и должна обеспечить более высокую произво-дительность. однако пока отсутствует информация о выпуске на базе этого ядра новых моделей микропроцессо-ров ColdFire.

ядра ColdFire имеют два режима функционирования:

– режим супервизора;– режим пользователя.при этом обеспечивается разде-

ление системных ресурсов, которое позволяет организовать отдельные сегменты памяти для хранения про-грамм, данных и организации стека, используемых операционной системой (супервизор) и прикладными задачами (пользователи).

процессорные ядра ColdFire содер-жат 16 32-разрядных регистров обще-го назначения и выполняют широкий набор команд с использованием раз-

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

23

электронные компоненты №7 2009

нообразных способов адресации операндов: регистровая, косвенно-регистровая со смещением и индек-сированием, прямая, относительная, непосредственная. реализуются раз-личные варианты операций пересылок, включая пересылки «память–память», арифметические операции, включая деление и вычисление остатка, основ-ные логические операции и, или, не, исключающее или, битовые операции, многоразрядные сдвиги, а также набор необходимых операций управления программой: условные и безусловные переходы, вызовы подпрограмм, пре-рывания.

набор MAC-операций реализуется с использованием дополнительного 32-разрядного аккумулятора ACC. при этом выполняются две основные опе-рации:

MAC-сложение → ACC +

+ [(rx × ry)<<] -> ACC,

MAC-вычитание → ACC –

– [(rx × ry)<<] -> ACC,

где rx, ry — регистры общего назна-чения, а произведение (rx × ry) сдви-гается на заданное количество разря-дов. операции могут выполняться над целыми или дробными числами, воз-можно использование «арифметики с насыщением». одновременно с выпол-нением этих операций может произ-водиться загрузка из памяти содержи-мого региcтра общего назначения rz, которое будет использовано в следую-щей MAC-операции. обеспечивается возможность организации кольцевых массивов, выбираемых из памяти дан-ных.

при выполнении расширенного набора операций eMAс используются четыре 32-разрядных аккумулятора и обеспечивается получение 48-разряд-ного результата. кроме одиночных MAC-операций с загрузкой или без загрузки регистра rz реализуется одновремен-ное выполнение парных операций MAC-сложения и/или MAC-вычитания с использованием различных аккумуля-торов — таким образом достигается ускоренное выполнение процедур циф-ровой обработки сигналов.

на базе ядер V1 и V2e выпускается большая номенклатура микроконтрол-леров, которые имеют внутреннюю флэш-память емкостью 32…512 кбайт и работают с тактовой частотой 50…80 МГц. на базе ядер V2e, V3e, V4e производятся микропроцессоры, кото-рые не содержат внутренней флэш-памяти, используя внешнюю память, и работают с тактовой частотой до 266 МГц. на рисунке 1 проиллюстри-

рована производительность микро-контроллеров и микропроцессоров ColdFire, достигаемая при использо-вании различных процессорных ядер. как следует из приведенных данных, обеспечивается производительность 50…400 MiPS (миллионов операций в секунду), что позволят реализовать на основе семейства ColdFire большой набор промышленных приложений.

следует отметить, что кроме приме-нения в микроконтроллерах, ядро V1 может быть использовано в качестве сложнофункционального блока при раз-работке систем, реализуемых на базе FPGA [2]. компанией iPextreme разрабо-тана iP-модель этого ядра для реализа-ции на FPGA семейства Cyclone iii (Altera). предлагаемая модель обеспечивает выполнение деления и MAC-операций. для подключения к процессорному ядру различных периферийных устройств используется стандартная шина AMBA. при реализации этого ядра на FPGA, производимых с технологическими нор-мами 0,13 мкм, обеспечивается такто-вая частота 150 МГц. для формирования ядра требуется 43 тыс. эквивалентных вентилей, что составляет всего несколь-ко процентов от общих ресурсов FPGA этого семейства.

МИкроконтроллеры сеМейства ColdFireнаиболее многочисленную груп-

пу составляют микроконтроллеры MCF52xxx, использующие процес-сорное ядро V2e. в эту группу входят 33 модели, которые отличаются мак-симальной тактовой частотой Ft, объ-емом внутренней памяти и составом периферийных модулей. все микро-контроллеры этой группы используют напряжение питания 3,3 в, имеют рабо-чий диапазон температур –40…85°с. основные характеристики этих микро-контроллеров приведены в таблице 1.

в состав микроконтроллеров входит широкий набор интерфейсных моду-

лей. для параллельного обмена данны-ми используются порты ввода-вывода, количество которых составляет для разных моделей от 6 до 12. Большинство моделей содержит три универсальных асинхронных приемника-передатчика UArT, один или два интерфейса меж-схемного обмена i2C и буферизован-ный последовательный периферийный интерфейс QSPi (Queued Serial Peripheral interface), который отличается от обыч-ного интерфейса SPi наличием буферов типа FiFo для принимаемых и переда-ваемых данных емкостью по 32 байта, что позволяет избежать потерь инфор-мации в процессе обмена. для реализа-ции стандартных шинных протоколов обмена данными в состав ряда моделей включены контроллеры шин USB, CAN. подключение к сетям ethernet обе-спечивается с помощью контроллеров FeC (Fast ethernet Controller), которые позволяют производить обмен данны-ми со скоростями до 10…100 Мбит/c.

набор таймерных модулей включает 16- и 32-разрядные таймеры, имеющие по 4 канала, каждый из которых может работать в режиме захвата или совпа-дения. для 16-разрядных таймеров реа-лизуется также режим формирования сигналов с широтно-импульсной моду-ляцией PWM (Pulse-Width Modulation). кроме того, контроллеры этой группы имеют два или четыре таймера для реа-лизации периодических прерываний PiT (Programmable interrupt Timer). все кон-троллеры данной группы имеют четы-ре таймера для периодической орга-низации прямого доступа к внутренней памяти данных. в составе большинства моделей имеется также таймер форми-рования сигналов реального времени rTC (real Time Clock), который питается от отдельного источника напряжения, обеспечивая непрерывный контроль текущего времени.

все модели данной группы содер-жат 8-канальный 10- или 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь,

400MiPS

200MiPS

150MiPS

50MiPS

Микроконтроллеры и микропроцессоры ColdFire

для встраиваемых систем

MCF5 1XXxxxV1 32-бит50 МГц

MCF5 2xxV2e 32-бит

50...160 МГц

MCF5 3xxV3e 32-бит

66... 240 МГц

MCF5 4xxV4e 32-бит

166... 266 МГц

промышленные применения

Рис. 1. Производительность микроконтроллеров и микропроцессоров ColdFire с использованием различ-ных ядер

24

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

обеспечивающий минимальное время преобразования 1,2 мкс и позволяю-щий одновременно измерять значения напряжения на двух входах. в составе данной группы имеются также микро-контроллеры со специфическими особенностями. Модели MCF5214/16 и MCF5280/81/82 ориентированы на использование совместно с внешней динамической памятью емкостью до 16 Мбайт. для этого в состав этих моде-лей введен контроллер синхронной динамической памяти SDrAM и четы-рехканальный контроллер прямого доступа к памяти DMA. для повыше-ния производительности при работе с внешней памятью эти контроллеры имеют внутреннюю кэш-память емко-стью 2 кбайта, которая может использо-ваться как кэш команд, кэш данных или общий кэш команд-данных. в состав моделей MCF52255C, MCF52259C вклю-чен аппаратный блок криптографиче-ского преобразования данных eNC, который позволяет реализовать ряд стандартных алгоритмов криптографи-ческого кодирования: DeS, 3DeS, AeS, MD5, SHA-1. Эти модели содержат также генератор случайных чисел.

в 2006 г. компания Freescale Semiconductor начала производство совместимых 8- и 32-разрядных микро-контроллеров семейства Flexis, что позволяет пользователям существенно упростить процедуру перехода к при-менению в их продукции более высо-копроизводительных 32-разрядных процессорных ядер. в состав семейства входят модели, полностью идентичные по тактовой частоте, объему внутрен-ней памяти, набору периферийных устройств и другим характеристикам, но отличающиеся типом используемо-го процессорного ядра: 8-разрядное ядро S08, применяемое в семействе микроконтроллеров HC9S08, или 32-разрядное ядро ColdFire V1 [3]. при этом совместимость программного кода обеспечивается при программи-ровании на языке с с использованием единой среды разработки CodeWarrior iDe, версия 6.0. рабочий диапазон тем-ператур микроконтроллеров этого семейства составляет –40…85°с.

в настоящее время выпускается ряд серий микроконтроллеров семейства Flexis, в которых используется модифи-кация V1 процессорного ядра ColdFire. их основные характеристики приве-дены в таблице 2. Микроконтроллеры этой группы имеют достаточно широкий набор интерфейсных модулей (два SCi, два SPi, два i2C), один или два аналого-вых компаратора AC, многоканальные 12-битные аЦп, возможности подключе-ния клавиатуры с помощью 8-разрядных портов, инициирующих запросы преры-вания KBi (Key-Board interrupt), таймер реального времени rTC.

Таблица 1. Микроконтроллеры с ядром ColdFire V2e

Модель Макс. Ft, МГц

Флэш, Кбайт

ОЗУ, Кбайт Таймеры

Число вх/вых

Последоват. порты АЦП

Другие возмож-

ности

MCF5211 66, 80 128 16 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 44 UART — 3, I2C,

QSPI 12-бит, 8 кан. PWM, PIT — 2

MCF5212 66, 80 128 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 44 UART — 3, I2C,

QSPI 12-бит, 8 кан. PWM, PIT — 2

MCF5213 66, 80 256 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 56 UART — 3, I2C,

QSPI 12-бит, 8 кан. CAN, PWM, PIT — 2

MCF5214 66 256 64 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 142 UART — 3, I2C,

QSPI 10-бит, 8 кан. CAN, PIT — 4,K — SDRAM

MCF5215 66 512 64 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 142 UART — 3, I2C,

QSPI 10-бит, 8 кан. CAN, PIT — 4, K — SDRAM

MCF52100 66, 80 64 16 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 44 UART — 3,

I2C — 2, QSPI 12-бит, 8 кан. RTC, PWM, PIT — 2

MCF52110 66, 80 128 16 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 56 UART — 3,

I2C — 2, QSPI 12-бит, 8 кан. RTC, PWM, PIT — 2

MCF52210 66, 80 64 16 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 46 UART — 3,

I2C — 2, QSPI 12-бит, 8 кан. USB, RTC, PWM, PIT — 2

MCF52211 66, 80 128 16 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 52 UART — 3,

I2С — 2, QSPI 12-бит, 8 кан. USB, RTC, PWM, PIT — 2

MCF52212 50 64 4 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 35 UART — 2,

I2C — 2, QSPI 12-бит, 8 кан. USB, RTC, PWM, PIT — 2

MCF52213 50 128 8 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 35 UART — 3,

I2C — 2, QSPI 12-бит, 8 кан. USB, RTC, PWM, PIT — 2

MCF52221 66, 80 128 16 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 46 UART — 3,

I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. USB, RTC, PWM, PIT — 2

MCF52223 66, 80 256 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 52 UART — 3,

I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. USB, RTC, PWM, PIT — 2

MCF52230 60 128 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 76 UART — 3,

I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, RTC, PIT — 2

MCF52231 60 128 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 76 UART — 3,

I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, CAN, RTC, PIT — 2

MCF52232 50 128 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 43 UART — 3,

I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, RTC, PIT — 2

MCF52233 60 256 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 76 UART — 3,

I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, RTC, PIT — 2

MCF52234 60 256 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 76 UART — 3, I2C,

QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, CAN, RTC, PIT — 2

MCF52235 50 256 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 76 UART — 3,

I2C, QSPI 12-бит, 8кан. FEC, CAN, RTС, PIT — 2

MCF52236 50 256 32 32-бит, 4 кан.16-бит, 4 кан. 43 UART — 3,

I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, CAN, RTC, PIT — 2

MCF52252 80 256 32 16-бит, 4 кан. 64 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, RTC,

PWM

MCF52252C 66 256 32 16-бит, 4 кан. 64 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, CAN,

RTC, PWM

MCF52254 80 512 64 16-бит, 4 кан. 64 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, RTC

MCF52254C 66 512 64 16-бит, 4 кан. 64 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, CAN,

RTC, PWM

MCF52255C 80 512 64 16-бит, 4 кан. 64 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, CAN,

RTC, PWM, ENCR

MCF52256 80 256 32 16-бит, 4 кан. 96 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, RTC,

PWM

MCF52256C 66 256 64 16-бит, 4 кан. 96 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, CAN,

RTC, PWM PWM

MCF52258 80 512 64 16-бит, 4 кан. 96 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, RTC,

PWM

MCF52258C 66 512 64 16-бит, 4 кан. 96 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, CAN,

RTC, PWM

MCF52259C 80 512 64 16-бит, 4 кан. 96 UART — 3, I2C, QSPI 12-бит, 8 кан. FEC, USB, CAN,

RTC, PWM, ENCR

MCF5280 66, 80 — 64 32-бит, 4 кан.16-бит, 8 кан. 150 UART — 3, I2C,

QSPI 10-бит, 8 кан. FEC, USB, PIT — 4, K — SDRAM

MCF5281 66, 80 256 64 32-бит, 4 кан.16-бит, 8 кан. 150 UART — 3, I2C,

QSPI 10-бит, 8 кан. FEC, USB, PIT — 4, K — SDRAM

MCF5282 66, 80 512 64 32-бит, 4 кан.16-бит, 8 кан. 150 UART — 3, I2C,

QSPI 10-бит, 8 кан. FEC, USB, PIT — 4, K — SDRAM

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

25

электронные компоненты №7 2009

в состав серии Ce входят микрокон-троллеры с низким энергопотребле-нием. Микроконтроллеры этой серии работают при напряжении питания 1,8…3,6 в, при этом обеспечивается максимальная тактовая частота ядра Ft = 50 МГц в диапазоне напряжений 3,6…2,1 в и Ft = 20 МГц в диапазоне 1,8…2,1 в. при максимальной рабочей частоте 50 МГц ток питания микрокон-троллеров не превышает 27 ма, а при выключенных периферийных устрой-ствах и тактовой частоте 32 кГц потре-бляемый ток не превышает 50 мка. обеспечивается несколько вариантов энергосберегающих режимов, при этом потребляемый ток в режиме оста-нова составляет 1 мка и ниже.

серия JM предназначена для при-ложений, использующих интерфейсы CAN и USB. в состав микроконтролле-ров этой серии включен также блок криптографического преобразова-ния данных eNC, реализующий алго-ритмы DeS, 3DeS, AeS, MD5, SHA-1 и генератор случайных чисел. серия AC ориентирована на приложения, свя-занные с управлением двигателями. для этого используется 24-канальный 12-битный аЦп и два дополнительных 16-битных таймерных модуля FTM (Flex Timer Module), каналы которых могут синхронизироваться для совместно-го выполнения функций управления.

Микроконтроллеры этой серии содер-жат также сторожевой таймер.

в состав микроконтроллеров серии CN включен FeC — контроллер сети ethernet. особенностью микроконтрол-леров серии eM является использова-ние модифицированного ядра V1, кото-рое выполняет набор MAC-операций. Микроконтроллеры этой серии содер-жат быстрый 16-разрядный аЦп и конт-роллер многострочного жк-дисплея размерностью до 288 символов.

встраИваеМые МИкроПроцессоры сеМейства ColdFireМикропроцессоры семейства

ColdFire ориентированы на исполь-зование во встраиваемых системах, поэтому они интегрируют на кристал-ле большую номенклатуру перифе-рийных модулей. т.к. максимальная частота функционирования совре-менной флэш-памяти не превышает 80…90 МГц, то для повышения про-изводительности систем встраивае-мые микропроцессоры не содержат внутренней флэш-памяти, а исполь-зуют внешнюю динамическую память SDrAM и внутреннюю кэш-память емкостью от единиц до десятков кбайт. Благодаря этому достигается значи-тельное повышение тактовой часто-ты — до 266 МГц (для микроконтролле-ров с флэш-памятью не более 80 МГц).

поэтому все микропроцессоры семей-ства ColdFire имеют выход на 32-раз-рядную системную шину (32 разряда данных и 32 разряда адреса) и содер-жат контроллер внешней динамиче-ской памяти SDrAM и блок прямого доступа к памяти DMA, обеспечиваю-щий быструю загрузку внутреннего оЗУ по нескольким каналам внешнего доступа (2, 4 или 16 каналов).

кэш-память, которая входит в состав всех микропроцессоров семейства, имеет различные варианты реализа-ции. Большинство моделей содержит программируемую кэш-память C(i/D), которая может использоваться либо как кэш команд Ci, либо как кэш данных CD, либо как общий кэш команд-данных CU. некоторые модели содержат толь-ко кэш команд Ci или общий кэш CU. в большинстве микропроцессоров на базе высокопроизводительного ядра V4e имеются раздельные кэши команд и данных.

в состав всех микропроцессоров входят часы реального времени rTC и сторожевой таймер WDT. Большинство микропроцессоров использует два напряжения питания: 1,5 в — для ядра и 3,3 в — для периферийных каскадов. в ряде моделей требуется дополнитель-ное напряжение 2,5 в для организации интерфейса с внешней динамической памятью.

Таблица 2 . Микроконтроллеры с ядром ColdFire V1 (семейство Flexis)

Модель Макс. Ft, МГц

Флэш, Кбайт ОЗУ, Кбайт Таймеры Число вх/вых Последоват.

порты АЦП Другие возможности

MCF51QE32 50 32 8 16-бит, 6 кан.2×16-бит, 3 кан. 54

SCI — 2, I2C — 2, SPI — 2

12-бит, 20 кан. KBI — 2, AC — 2

MCF51QE64 50 64 8 16-бит, 6 кан.2×16-бит, 3 кан. 54

SCI — 2, I2C — 2, SPI — 2

12-бит, 20 кан. KBI — 2, AC — 2

MCF51QE128 50 128 8 16-бит, 6 кан.2×16-бит, 3 кан. до 70

SCI — 2, I2C — 2, SPI — 2

12-бит, 20 кан. KBI — 2, AC — 2

MCF51JM32 50 32 16 16-бит, 6 кан.16-бит, 2 кан. до 66

SCI — 2, I2C — 2, SPI — 2

12-бит, 12 кан. KBI, AC, RTC, CAN, USB, ENC

MCF51JM64 50 64 16 16-бит, 6 кан.16-бит, 2 кан. до 66

SCI — 2, I2C — 2, SPI — 2

12-бит, 12 кан. KBI, AC, RTC, CAN, USB, ENC

MCF51JM128 50 128 16 16-бит, 6 кан.16-бит, 2 кан. до 66

SCI — 2, I2C — 2, SPI — 2

12-бит, 12 кан. KBI, AC, RTC, CAN, USB, ENC

MCF51AC128 50 128 16 2×16-бит, 6 кан16-бит, 2 кан до 70

SCI — 2, I2C,

SPI — 212-бит, 24 кан. KBI, AC — 2,

CAN, RTC

MCF51AC256 50 256 32 2×16-бит, 6 кан16-бит, 2 кан до 70

SCI — 2, I2C ,

SPI — 212-бит, 24 кан. KBI, AC — 2,

CAN, RTC

MCF51CN128 50 128 24 2×16-бит, 3 кан. до 70UART — 3

I2C — 2SPI — 2

12-бит, 12 кан. KBI — 2, FEC, RTC

MCF51EM128 50 128 3216-бит, 6 кан.16-бит,1 кан.

2×8-бит, 1 кан. до 70

SCI — 3I2C

SPI — 216-бит, 4 кан. LCD, KBI,

RTC

MCF51EM256 50 256 3216-бит, 6 кан.16-бит, 2 кан.

2×8-бит, 1 кан.до 70

SCI — 3I2C

SPI — 216-бит, 4 кан. LCD, KBI,

RTC

26

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

Группа встраиваемых микропро-цессоров, использующих процессор-ное ядро V2e, содержит 20 моделей, основные характеристики которых приведены в таблице 3. в состав моде-лей входит большой набор перифе-рийных устройств, большинство из которых аналогично используемым в микроконтроллерах этого семей-ства. однако в некоторых моделях используются дополнительные типы устройств в соответствии со специфи-кой применения этих микропроцес-соров.

Микропроцессоры серии MCF5227x ориентированы на применение во встраиваемых системах с жидкокри-сталлическими дисплеями размером до 600×800 пикселов, имеющими сен-сорный экран. поэтому в их состав входит жкд-контроллер с 12-битным (в модели MCF52274) или 18-битным (в модели MCF52277) разрешением цветов. в этих моделях используются также синхронный последовательный интерфейс SSi и DSPi — модифици-рованный вариант последовательного интерфейса SPi, который работает по

запросу внешних устройств в режиме прямого доступа к памяти. интерфейс DSPi служит для быстрого обмена данными между микропроцессором и внешними устройствами, например видеопамятью.

в микропроцессорах серии MCF523x используется дополнительный тай-мерный процессор eTPU (enhanced Time-Processing Unit), обеспечивающий прием и выдачу сигналов в реальном масштабе времени по 16 или 32 каналам. его применение расширяет возможно-сти управления различными устрой-ствами системы. Микропроцессоры серии MCF524х предназначены для применения в различных аудиоси-стемах. они содержат 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь, аудиодекодер, реализующий прото-кол iiS, и контроллер проигрывателя компакт-дисков. в их составе имеется также контроллер жесткого диска, обе-спечивающий интерфейс по протоколу ATA или iDe.

Модель MCF5272 имеет расширен-ные возможности коммуникационно-го обмена данными. кроме ethernet-

контроллера FeC, в его составе имеется контроллер PliC (Physical level interface Controller), реализующий на физиче-ском уровне стандартные протоколы сетевого обмена с временным разделе-нием каналов GDi/iDl и позволяющий обеспечить программную реализацию протокола HDlC. в составе моделей MCF5235, MCF5275, MCF5275l содержат-ся блоки криптографического преоб-разования данных eNC, реализующие алгоритмы MD5, SHA-1, и генератор случайных чисел. температурный диа-пазон функционирования для данной группы микропроцессоров составляет –40…85°с. высокопроизводительные микропроцессоры семейства ColdFire реализуются на базе ядер V3e, V4e, за исключением моделей MCF5307, MCF5407, которые являются родона-чальниками соответствующих серий и используют более ранние версии процессорных ядер V3, V4. основные характеристики этих микропроцессо-ров приведены в таблице 4.

на базе ядра V3e выпускаются две серии высокопроизводительных микропроцессоров, работающих с так-

Таблица 3. Встраиваемые микропроцессоры с ядром ColdFire V2e

Модель Макс. Ft,МГц

Кэш,Кбайт

ОЗУ,Кбайт

Таймеры/PWM

Числовх/вых

Последоват.порты АЦП Другие

возможности

MCF5206e 40, 54 4K — CI 8 16-бит, 2 кан. - UART — 2, I2C, — DMA — 2к.

MCF5207 166 8K — C(I/D) 16 32-бит, 4 кан. 30 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 16 к., PIT — 2

MCF5208 166 8K — C(I/D) 16 32-бит, 4 кан. 50 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 16 к., PIT — 2, FEC

MCF52274 120 8K — C(I/D) 128 32-бит, 4кан./4кан., 16-бит 47 UART — 3, I2C, DSPI 12-бит, 8 кан. DMA — 16 к., PIT — 2, USB, CAN, SSI, WDT,

LCD — K

MCF52277 160 8K — C(I/D) 128 32-бит, 4кан./4кан., 16-бит 56 UART — 3, I2C, DSPI 12-бит, 8 кан. DMA — 16 к., PIT — 2, RTC, USB, CAN, SSI,

RTC, WDT, LCD — K

MCF5232 80, 100, 150 8K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан. 79 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, RTC, CAN, eTPU — 16 к.

MCF5233 80, 150 8K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан. 79 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, RTC, CAN — 2, eTPU — 32 к.

MCF5234 80, 150 8K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан. 81 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, RTC, CAN, eTPU — 16 к.

MCF5235 80, 150 8K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан. 81 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, RTC, CAN — 2, eTPU — 16 к., ENC

MCF5249L 120 8K — CI 96 16-бит, 2 кан. 49 UART — 2, I2C — 2, QSPI 12-бит, 6 кан. DMA — 4 к., RTC, IDE,

ATA, IIS, CD — ROM,

MCF5249 140 8K — CI 96 16-бит, 2 кан. 64 UART — 2, I2C — 2, QSPI 12-бит, 6 кан. DMA — 4 к., RTC, IDE, ATA, IIS, CD — ROM,

MCF5251 140 8K — CI 128 16-бит, 2 кан. 60 UART — 3, I2C — 2, QSPI 12-бит, 6 кан.

DMA — 4 к., RTC, CAN — 2, USB, IDE, ATA, IIS,

CD — ROM,

MCF5253 140 8K — CI 128 16-бит, 2 кан. 60 UART — 3, I2C — 2, QSPI 12-бит, 6 кан. DMA — 4 к., RTC, CAN — 2, USB, IDE,

ATA, IIS,

MCF5270 100 16K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан. 78 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, WDT, FEC

MCF5271 100 16K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан. 78 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, WDT, FEC, ENC

MCF5272 66 16K — C(I/D) 4 32-бит, 4 кан./3 кан., 8-бит 48 UART — 2, QSPI — DMA — 2 к., WDT,

FEC, PLIC

MCF5274L 133, 166 16K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан./4 кан., 8-бит 53 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, WDT, FEC, USB,

MCF5274 133, 166 16K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан./4 кан., 8-бит 74 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, WDT, FEC — 2, USB,

MCF5275L 133, 166 16K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан./4 кан., 8-бит 53 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, WDT, FEC, USB, ENC

MCF5275 133, 166 16K — C(I/D) 64 32-бит, 4 кан./4 кан., 8-бит 74 UART — 3, I2C, QSPI — DMA — 4 к., PIT — 4, WDT, FEC — 2,

USB, ENC

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

27

электронные компоненты №7 2009

товой частотой до 240 МГц и выпол-няющих 1 команду за такт, обеспе-чивая среднюю производительность до 211 MiPS. в серию MCF532x входят модели, которые содержат контрол-лер полноформатного жк-дисплея в стандарте SVGA. отметим, что наря-ду с моделью MCF5328 в составе этой серии выпускается ее модификация MCF53281, которая содержит блок, обе-спечивающий поддержку технологии VoiP — передачу голоса по iP-сетям. в серию MCF537x входят модели со стандартным набором периферийных блоков, причем модели с нечетными номерами имеют в своем составе блок криптографической кодировки дан-ных eNC. все модели данной группы функционируют в температурном диа-пазоне –40…85°с.

Более многочисленная номенкла-тура микропроцессоров выпускается на базе ядра V4e, которое работает на тактовой частоте до 266 МГц. при этом за счет ограниченной суперска-лярности этого процессорного ядра

достигается средняя производитель-ность до 410 MiPS — в два раза выше, чем в микропроцессорах с ядром V3e. все микропроцессоры этой группы имеют в своем составе блок управле-ния памятью MMU, который реализует страничную адресацию виртуальной памяти емкостью до 240 байт (1 тбайт) с размерами страниц 4 кбайт, 8 кбайт, 1 Мбайт или 16 Мбайт. все модели с нечетными номерами содержат блок криптографической кодировки данных eNC с расширенным набором реализуе-мых алгоритмов шифрования — DeS, 3DeS, AeS, MD5, rC4, SHA-1, SHA-256, а также имеют внутренний генератор случайных чисел. Большинство микро-процессоров данной группы содержит контроллер стандартной периферий-ной шины PCi.

Микропроцессоры серий MCF5447х и MCF5448x содержат блок обработки чисел с плавающей точкой, который выполняет набор арифметических операций в соответствии со стан-дартом ieee-754 над вещественными

числами одинарной (32 бита) и двой-ной (64 бита) точности. в состав этих микропроцессоров входят четыре программируемых последовательных контроллера PSC, которые могут реа-лизовать функции интерфейсов UArT, USArT и irDA (передача данных по инфракрасному каналу). для быстро-го обмена данными с внутренним оЗУ в режиме прямого доступа в микро-процессорах этих серий имеется буферизованный последовательный интерфейс DSPi.

Микропроцессоры серии MCF5445x функционируют в температурном диа-пазоне 0…70°с или –40…85°с, серии MCF5447x — в диапазоне 0…70°с, серии MCF5447x — в диапазоне –40…85°с.

средства ПрограММИрованИя И отладкИМикроконтроллеры и микропро-

цессоры семейства ColdFire содержат набор внутренних средств, которые обеспечивают достаточно широкие возможности тестирования и отладки.

Таблица 4 . Высокопроизводительные встраиваемые микропроцессоры с ядрами ColdFire V3/V3e и V4/V4e

Модель Макс. Ft,МГц

Кэш,Кбайт

ОЗУ,Кбайт

Таймеры/PWM

Числовх/вых

Последоват.порты Другие возможности

MCF5307 66, 90 8K — CU 4 16-бит, 2 кан. 16 UART — 2 DMA — 4 к., RTC, WDT

MCF5327 240 16K — С(I/D) 32 32-бит, 4 кан./2 кан., 16 бит 64 UART — 3, I2C, QSPI DMA — 16 к., PIT — 4,USB,

LCD — SVGA, RTC, WDT

MCF5328 (81) 240 16K — С(I/D) 32 32-бит, 4 кан./ 4 кан., 16 бит 94 UART — 3, I2C, QSPI

DMA — 16 к., PIT — 4, FEC, USB, LCD — SVGA,

RTC, WDT, (VoIP)

MCF5329 240 16K — С(I/D) 32 32-бит, 4 кан./ 4 кан., 16 бит 94 UART — 3, I2C, QSPI

DMA — 16 к., PIT — 4, FEC, USB, CAN, LCD — SVGA,

RTC, WDT, ENC

MCF5372/73 180 16K — С(I/D) 32 32-бит, 4 кан./4 кан., 16 бит 46 UART — 3, I2C, QSPI DMA — 16 к., PIT — 4,

FEC, RTC, WDT, (ENC)

MCF5372L/73L 240 16K — С(I/D) 32 32-бит, 4 кан./4 кан., 16 бит 62 UART — 3, I2C, QSPI DMA — 16 к., PIT — 4, FEC,

USB, RTC, WDT, (ENC)

MCF5407 166, 220 16K — CI8K — CD 32 16-бит, 2 кан. 16 UART, USART, I2C DMA — 4 к., RTC, WDT,

MCF54450/51 180, 240 16K — С(I/D) 32 32-бит, 4 кан. 93 UART — 2, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC, USB, SSI, RTC, WDT, (ENC), MMU

MCF54452/53 200, 266 16K — С(I/D) 32 32-бит, 4 кан. 132 UART — 3, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC — 2, USB, SSI, PCI — K, RTC, WDT,

(ENC), MMU

MCF54454/55 200, 266 16K — С(I/D) 32 32-бит, 4 кан. 132 UART — 3, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC — 2, USB, SSI, PCI — K, ATA — K, RTC, WDT, (ENC),

MMU

MCF54470/71 200 32K — CI32K — CD 32 32-бит, 4 кан. 93 PSC — 4, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC — 2, RTC, WDT, (ENC), MMU + FPU

MCF54472/73 200 32K — CI32K — CD 32 32-бит, 4 кан. 77 PSC — 4, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC, USB, PCI — K, RTC, WDT, (ENC), MMU + FPU

MCF54474/75 266 32K — CI32K — CD 32 32-бит, 4 кан. 93 PSC — 4, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC — 2, USB, SSI, PCI — K, RTC, WDT, (ENC), MMU + FPU

MCF54480/81 166 32K — CI32K — CD 32 32-бит, 4 кан. 93 PSC — 4, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC — 2, USB, RTC, WDT,

(ENC), MMU + FPU

MCF54482/3 166 32K — CI32K — CD 32 32-бит, 4 кан. 77 PSC — 4, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC, USB, PCI — K, RTC, WDT, (ENC), MMU + FPU

MCF54484/5 200 32K — CI32K — CD 32 32-бит, 4 кан. 93 PSC — 4, I2C, DSPI

DMA — 16 к., FEC — 2, USB, PCI — K, RTC, WDT, (ENC), MMU + FPU

28

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

Большинство моделей содержит тестовый порт, который позволяет производить тестирование и отладку систем в соответствии со стандартом JTAG (ieee 1149.1). особенностью данного семейства является реализация режима отладки BDM (Back-Ground Debug Mode). в данном режиме про-цессор работает под управлением внешнего отладочного устройства (персонального компьютера), c помощью кото-рого производятся необходимые процедуры контроля и модификации содержимого регистров и ячеек памяти, кон-троль внутреннего состояния процессора при выполнении текущей программы, выполнение программы с остановами в контрольных точках.

следует отметить, что компания Freescale Semiconductor и ряд других поставщиков предлагают для этого семей-ства большой набор средств программирования и отладки. компания Freescale Semiconductor выпускает большой набор оценочных плат стоимостью 300—850 долл. и демонстраци-онных наборов стоимостью 100—350 долл. для значитель-ного числа моделей семейства ColdFire. аналогичные изде-лия выпускают компании AXioM, Phytec, P&e Microcomputer Systems, SofTec и ряд других производителей.

комплекс интегрированных средств программирования-отладки, включающий компиляторы, симуляторы, отлад-чики, поставляется компаниями Freescale Semiconductor, Avocet Systems, Altium, Green Hills Software, iAr, Wind river Systems и др. компания Freescale Semiconductor предла-гает пользователям интегрированную среду разработки Code Warrior (CW), версия v7.0, которая обеспечивает воз-можности программирования для всех моделей семейства ColdFire с ядрами V2, V3, V4. при этом комплект CW Special с ограничениями по функциям и объему программного кода имеется в свободном доступе, стоимость рабочих ком-плектов составляет от 395 (базовый комплект CW Basic) до 1995 долл. (полный комплект CW Professional). в свободном

доступе имеется также вариант операционной системы реального времени Freescale MQX для семейства ColdFire. операционные системы реального времени (rToS) для данного семейства предлагаются также компаниями eNeA, Green Hills Software, Wind river Systems и рядом других. в свободном доступе имеются средства программирования для семейства ColdFire, распространяемые по лицензии GNU.

необходимую информацию о предлагаемых аппаратных и программных средствах программирования/отладки можно найти на сайтах компаний-производителей.

ЗаключенИекак показывает проведенный обзор, микропроцессоры

и микроконтроллеры семейства ColdFire имеют ряд суще-ственных достоинств [4]:

– расширенный набор команд и способов адресации, включая MAC-операции и операции над числами с плаваю-щей точкой, удобный и эффективный для создания систем-ных и пользовательских программ;

– высокая производительность, которая достигает 76 MiPS для микроконтроллеров с флэш-памятью и 410 MiPS для встраиваемых микропроцессоров;

– большой объем внутренней памяти — оЗУ емкостью до 128 кбайт, флэш-память емкостью до 512 кбайт (для микроконтроллеров); возможности подключения быстро-действующей внешней памяти SDrAM емкостью до 4 Гбайт (для микропроцессоров);

– широкая номенклатура моделей, ориентированных на применение в электронной аппаратуре различного назначе-ния;

– наличие в составе семейства моделей с низким энерго-потреблением, которые перспективны для использования в системах с ограниченными энергоресурсами;

– большой набор внутренних периферийных устройств, включающий все основные виды интерфейсных блоков и шинных контроллеров, различные варианты таймерных модулей, 12-разрядные аЦп, контроллеры жк-дисплеев и ряд других специализированных контроллеров;

– возможности криптографического кодирования дан-ных с использованием ряда стандартных алгоритмов.

при поставке промышленных партий (объем 10 тыс. шт.) стоимость микроконтроллеров MCF51xx (ядро V1) состав-ляет 2—5 долл., микроконтроллеров MCF52xx (ядро V2e) — 4—18 долл. (для большинства моделей — менее 10 долл.). стоимость встраиваемых микропроцессоров при поставке таких же партий составляет 5—25 долл.

по совокупности перечисленных характеристик семей-ство ColdFire занимает одно из лидирующих мест среди 32-разрядных микропроцессоров и микроконтролле-ров, ориентированных на использование во встраивае-мых приложениях. в настоящее время различные моде-ли этого семейства широко используются в системах промышленной автоматики, медицинской и офисной тех-нике, периферийных устройствах компьютерных систем, контрольно-измерительном и телекоммуникационном оборудовании, торговых терминалах, сложной бытовой аппаратуре. продолжается интенсивное развитие этого семейства, что расширяет перспективы его применения в новых разработках встраиваемых систем.

Литература1. Шагурин И.И. Современные микроконтроллеры и микропро-

цессоры Motorola. — М.: Горячая линия — Телеком, 2004. 2. www.ip-extreme.com/corestore.3. Соколов М. Новое поколение 8- и 32-разрядных микроконтрол-

леров с ультранизким знергопотреблением//Электронные компо-ненты, 2007, №№10—11.

4. www. freescale.com/coldfire

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

29

электронные компоненты №7 2009

Статья знакомит читателя с новейшими многоядерными интегриро-ванными сетевыми процессорами. Эти высокопроизводительные систе-мы на кристалле обладают потенциальной пропускной способностью в десятки гигабит и способны обрабатывать десятки миллионов пакетов в секунду.

Многоядерные интегрированные сетевые процессоры высокой пропускной способностиВладимир ЕгороВ, к.т.н., в.н.с., институт проблем информатики ран

ВВЕдЕниЕ сетевые процессоры как отдель-

ное направление современной теле-коммуникации появились практически одновременно с широким внедрением в жизнь пакетных сетей и возникно-вением потребности в специализиро-ванном высокопроизводительном обо-рудовании для обработки пакетов, от тривиальной коммутации и маршрути-зации до оперативного решения раз-нообразных сетевых задач, таких как обеспечение качества обслуживания или сетевой безопасности.

первое время в простейших при-ложениях с функциями такого рода справлялись универсальные компью-теры, оснащенные дополнительными коммуникационными адаптерами и специализированным программным обеспечением. но в более сложных слу-чаях их производительность и пропуск-ная способность оказались катастро-фически недостаточными. в какой-то степени нишу приложений умеренной сложности удавалось закрыть комму-никационными процессорами и микро-контроллерами [1, 2]. однако во мно-гих сетевых приложениях, требующих комплексной обработки пакетов на высоких скоростях, всегда ощущалась необходимость в специализированных сетевых процессорах.

ведущие телекоммуникационные компании, такие как Cisco Systems или Alcatel, не жалеют усилий на создание оригинальных фирменных сетевых процессоров. так, Cisco разработала для своей маршрутизирующей системы CRS-1 (Cisco routing system #1) крем-ниевый процессор пакетов SPP (silicon packet processor), содержащий на одном кристалле ASIC 188 (!) работающих параллельно процессоров, а Alcatel создала целую оригинальную архитек-туру матрицы сетевых процессоров NPA (network processor array). ведущие

фирмы тщательно охраняют свои ноу-хау, и мало того, что ни SPP, ни ASIC с архитектурой NPA нет на открытом рынке микроэлектроники, но и техни-ческой информации об этих микро-схемах нет даже в интернете. поэтому предметом рассмотрения в настоя-щей статье будут только современные общедоступные сетевые процессоры, которые, во-первых, имеются в прода-же для широкого круга пользователей и, во-вторых, способны обеспечить в оригинальных разработках коммуни-кационные порты со скоростями 10 и более гбит/с.

соответственно, без внимания оста-нутся как устаревшие сетевые процессо-ры (например, IXP2855 компании Intel или C-port компании Freescale Semiconductor), так и вполне современные приборы с гигабитными коммуникационными пор-тами, но все же не перешагивающие порог в 10 гбит/с, в частности коммуни-кационные микроконтроллеры семейств PowerQUICC II Pro и PowerQUICC III компа-нии Freescale, сетевые процессоры семей-ства Octeon компании Cavium Networks и пакетные процессоры WinArrow и WinIP компании Wintegra.

СЕтЕВыЕ процЕССоры OcteOn Plus и OcteOn IIсемейство сетевых процессоров

Octeon Plus компании Cavium пришло на смену предыдущему поколению «гигабитных» сетевых процессоров Octeon, сохраняя с ним программную совместимость. в новое семейство, поднявшее планку скоростей переда-чи данных до 10 гбит/с, вошли систе-мы на кристалле (снк), включающие 4…16 встроенных процессоров, кон-троллеры внешних интерфейсов, в т.ч. телекоммуникационных, и несколько сопроцессоров в разнообразных соче-таниях. обобщенная и немного упро-щенная блок-схема сетевых процессо-

ров семейства Octeon Plus показана на рис. 1.

каждый из встроенных процессоров базируется на ядре MIPS64 (release 2)1, имеет кэши инструкций и данных объ-емом 32 и 16 Kбайт соответственно с дополнительным буфером записи раз-мером 2 Kбайт, а также блоки пакетной и криптографической обработки. ядра улучшенной архитектуры могут рабо-тать на частотах 500 Мгц…1 ггц с макси-мальной производительностью одного ядра до двух миллиардов инструкций в секунду. в целом суммарная произ-водительность семейства Octeon Plus примерно вдвое превышает произ-водительность аналогичных моделей семейства Octeon.

память и периферия подключает-ся к блоку процессоров через коге-рентную коммутационную структуру с высокой пропускной способностью и порт быстрого доступа к контроллеру RLDRAM (на рис. 1 условно объединены и обозначены « »)

высокопроизводительная система когерентной памяти включает два кон-троллера:

– основной стандартной динамиче-ской памяти DDR2 SDRAM относитель-но больших объемов;

– дополнительной специальной быстродействующей памяти RLDRAM2 (reduced latency DRAM) ограниченного объема.

контроллер основной памяти предо-ставляет пользователю 72 или 144 раз-рядный интерфейс с рабочей частотой до 400 Мгц (800 Мбит/с на разряд), он подключен к коммутационной структу-ре через кэш второго уровня объемом 2 Mбайт с возможностью его блокиров-ки и разделения. контроллер RLDRAM2 работает на такой же частоте и также имеет вариантный внешний интерфейс с раздельными трактами чтения и запи-си 2×18 или 4×9.

1 выбор в данном случае архитектуры MIPS вряд ли случаен. Между штаб-квартирами компаний MIPS и Cavium, расположенными в Маунтин виста «кремниевой долины», по прямой всего 4 км.

30

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

пакетный сопроцессор контролиру-ет ввод/вывод пакетов в обход основ-ного моста ввода/вывода, обеспечивая при этом управление пакетными оче-редями с учетом требований качества обслуживания. отдельный сопроцес-сор выделен для ускорения обработки TCP-пакетов.

сопроцессор безопасности под-держивает протоколы безопасности интернета IPsec (IP security), SSL (secure sockets layer), SRTP (secure real-time transport protocol) и беспроводных сетей, включая UMTS/RLE (universal mobile telecommunications system / long term evolution), а также прочие обще-принятые в телекоммуникации про-токолы шифрования: DES, 3DES, AES, SHA-x, RSA, DH, KASUMI.

сопроцессор контекстного поис-ка RegEx (regular expressions) имеет 32 канала обработки и дополнитель-ный интерфейс на контроллер памя-ти RLDRAM2 для ускорения ассоциа-тивного поиска и доступа к таблицам. возможности контекстной обработки массивов дополнены отдельным сопро-цессором компрессии/декомпрессии данных.

в зависимости от комплекта вклю-чаемых сопроцессоров, снк семейства Octeon Plus делятся на три категории:

– процессоры сетевых сервисов (network services processors), оснащен-ные полным комплектом сопроцессо-ров;

– предельные процессоры (extreme processors), лишенные сопроцессора безопасности;

– процессоры безопасных коммуни-каций (secure communications processors), не включающие в себя сопроцессоры RegEx и компрессии данных.

сетевая направленность снк под-черкивается наличием двух пакетных интерфейсов с интегрированными MAC-контроллерами, каждый из которых может конфигурироваться либо под внеш ний интерфейс SPI 4.2 (system packet interface, release 4.2), либо под четыре интерфейса RGMII (reduced gigabit media-independent interface). в первом случае пользователю обеспечивается суммар-ная дуплексная пропускная способ-ность 2×10 гбит/с, а во втором — восемь портов GE (gigabit Ethernet). впрочем, для пакетного интерфейса фирма реко-мендует конфигурации портов GE и FE (Fast Ethernet) с общей пропускной способностью 2,4 гбит/с, т.е. суммарно для двух интерфейсов 4,8 гбит/с, что, по-видимому, и является их реальной пропускной способностью.

в число прочих интерфейсов ввода/вывода входит стандартный PCI-X со своим контроллером (64 разряда, частота до 133 Мгц), типовые интерфей-сы UART, I2C и служебный интерфейс JTAG (IEEE 1149.1).

интеграция на одном кристалле нескольких высокопроизводительных ядер и разнообразной специализиро-ванной аппаратуры дает сетевым про-цессорам Octeon Plus возможность обрабатывать на лету, включая кон-текстную обработку с ассоциативным доступом, и коммутировать до 30 млн IP-пакетов в секунду. в целом, пропуск-

ная и коммутирующая способность сетевых процессоров Octeon Plus при-мерно втрое выше, чем у предыдущего поколения Octeon.

процессорные ядра семейств Octeon и Octeon Plus реализованы на широ-ко известной и апробированной архи-тектуре MIPS, что дает возможность пользователям применять стандартные доступные им компиляторы, компонов-щики и прочие средства создания про-грамм, а также портировать на Octeon Plus наработанное ранее прикладное программное обеспечение. кроме того, компания Cavium предоставляет ком-плект программных средств разработ-ки, в который входят:

– средства SMP (symmetric multi-processing) операционной среды LINUX;

– фирменная простая исполнитель-ная система управления продвижени-ем пакетов (simple executive for data plane applications);

– C-библиотеки для эффективного использования сопроцессоров безо-пасности, компрессии и RegEx;

– программные средства поддерж-ки протоколов IP, TCP, IPsec, SSL, VPN.

на процессорах Octeon Plus могут работать популярные операционные системы других компаний, такие как Linux компании MontaVista или VxWorks компании Wind River.

благодаря своим уникальным осо-бенностям системы на кристалле семей-ства Octeon Plus могут использоваться во многих областях телекоммуникации и пакетной обработки. на их основе можно в сжатые сроки разрабатывать компактные и надежные устройства:

– пакетные коммутаторы и марш-рутизаторы, включая коммутацию на уровнях 3 и 4 благодаря наличию сопроцессоров RegEx и TCP;

– устройства сетевой безопасно-сти, реализующие межсетевые экраны, антивирусную защиту и/или поддержку VPN (virtual private network);

– сетевые дисковые серверы с компрессией данных и средствами их защиты;

– мосты и шлюзы между обычными и беспроводными сетями;

– устройства подключения к бес-проводным сетям.

на рис. 2 показан пример маршрути-зирующего коммутатора на основе снк Octeon Plus, который дополнен только внешними интегральными Ethernet-коммутаторами и трансиверами. в этом примере один пакетный интерфейс снк обслуживает два внешних интеграль-ных Ethernet-коммутатора, а другой — сдвоенные трансиверы GE и FE. если, например, интегральные коммутаторы 12-портовые, то в устройстве обеспечи-вается 24 внешних порта FE в локальные сети, и пакетный интерфейс снк, обслу-

Рис. 1. Блок-схема сетевых процессоров семейства Octeon Plus

Рис. 2. Маршрутизирующий коммутатор на основе СнК Octeon Plus

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

31

электронные компоненты №7 2009

живающий коммутаторы, будет исполь-зован на пределе своей пропускной способности 2,4 гбит/с. у второго пакет-ного интерфейса, обслуживающего два внешних порта GE в глобальную сеть, остается некоторый резерв пропуск-ной способности, который может быть использован, в частности, для реали-зации служебных портов FE. приборы семейства Octeon Plus выпускаются в корпусах FCBGA-1521 и рассеивают в зависимости от комплектации и рабо-чей частоты мощность 15…40 вт.

следует отметить, что снк компании Cavium весьма недешевы и не обще-доступны. например, оптовая цена процессора сетевых сервисов CN5850 семейства Octeon Plus с 12 ядрами и рабочей частотой 1000 Мгц превышает 3800 долл. приобрести такой прибор — тоже задача не из простых. а чтобы получить полную техническую инфор-мацию и программные средства, необ-ходимые для разработки устройств на базе таких снк, надо заключать спе-циальное соглашение с компанией Cavium. тем не менее на рынке средств телекоммуникации и пакетной ком-мутации уже имеются изделия, содер-жащие в себе снк семейств Octeon и Octeon Plus, хотя их, может быть в силу отмеченных выше причин, не так много. к ним относятся, например, ATCA-карты компании ASUSTek и сетевые устрой-ства NCP 3108 и NCP 5120 компании Advantech.

недавно Cavium анонсировала следующее поколение снк Octeon II, позиционируемое как процессоры интернет-приложений. новое семей-ство включает три базовых модели с 2, 4 и 6 процессорами той же архитек-туры MIPS64, но с предельной рабо-чей частотой, повышенной до 1,5 ггц. система памяти также в целом сохрани-ла свою архитектуру, однако в качестве как основной, так и вспомогательной памяти в новом семействе использу-ется DDR3 SDRAM, соответственно 72- и 16-разрядная, с рабочей частотой 800 Мгц (1,6 гбит/с на разряд).

в новом поколении снк у сопроцес-сора безопасности расширен спектр реализованных алгоритмов, в частно-сти добавлено шифрование SNOW 3G. существенно улучшен сопроцессор контекстного поиска введением поис-ковых машин на основе гиперконеч-ных автоматов (hyper-finite automata). добавлены дополнительные сопроцес-соры для управления массивами RAID (redundant array of independent disks) и исключения дублированных записей в таблицах (de-dupe).

наиболее яркие новшества поя-вились в области ввода/вывода. в новых снк предусмотрен только один пакетный интерфейс, но он оснащен высокоскоростными преобразова-

телями из параллельного в после-довательный код и обратно SerDes (serializers/deserializers), благодаря которым получил способность поддер-живать либо четыре интерфейса SGMII (serial GMII), либо один интерфейс XAUI (X gigabit attachment unit interface). в результате у пользователя снк Octeon II четырем портам GE появилась прин-ципиально новая альтернатива в виде порта 10 Gigabit Ethernet (10GE). кроме того, с помощью преобразователей SerDes интерфейс PCI-X превратился в два высокоскоростных последователь-ных интерфейса шириной в четыре дорожки (lanes) каждый, причем также с альтернативой: либо PCI Express G2 ×4, либо RapidIO 4×.

набор прочих интерфейсов ввода/вывода в снк Octeon II включает:

– интерфейс NOR-Flash для посто-янной памяти начальной загрузки;

– интерфейсы NAND-Flash и Compact Flash для встроенной и внеш-ней массовой памяти;

– по два интерфейса UART, I2C и USB 2.0, последние со встроенными трансиверами;

– два дополнительных интерфейса RGMII.

в целом в семействе снк Octeon II число внешних коммуникационных интерфейсов уменьшилось по срав-нению с семейством Octeon Plus, что, вероятно, оправдано ориентацией нового семейства не столько на пакет-ную коммутацию, сколько на интернет-приложения:

– устройства UTM (unified treat management) с сетевыми экранами, поддержкой VPN (IPsec, SSL), средства-ми обнаружения нежелательных втор-жений и противодействия им, антиви-русными сканерами и т.п.;

– серверы данных с поддержкой массивов RAID, компрессии данных и

протокола iSCSI (Internet small computer system interface);

– устройства инфраструктуры бес-проводных сетей, включая WiMAX и сети 3G и 4G;

– пакетную обработку на уровнях 4 и выше.

приборы семейства Octeon II выпу-скаются в более дешевых корпусах FCBGA-900 и рассеивают заметно мень-шую мощность: 7…17 вт.

снк Octeon II полностью программ-но совместимы со всеми предыдущими поколениями и используют то же про-граммное обеспечение, что и предше-ственники.

СЕтЕВой процЕССор P4080Формально в номенклатуре компа-

нии Freescale нет сетевых процессоров. однако многие приборы последних поколений семейства PowerQUICC впол-не подходят под эту категорию, хотя и именуются в соответствии с традицией фирмы интегрированными коммуника-ционными микроконтроллерами (икМ). столь же традиционно к икМ причис-лены приборы нового недавно объ-явленного семейства QorIQ. Младшие линейки нового семейства P1 и P2 дей-ствительно близки к икМ PowerQUICC III по структуре, производительности и пропускной способности, но старшая, P4, пока представленная единственным прибором P4080, не только преодоле-вает рубеж пропускной способности в 10 гбит/с, но и демонстрирует принци-пиально новые подходы к архитектуре интегрированных сетевых процессо-ров. блок-схема икМ QorIQ P4080 при-ведена на рис. 3.

блок процессоров включает восемь процессоров с ядром e500 архитек-туры PowerPC, заимствованным из икМ PowerQUICC III, но выполненным по технологии 45 нм и дополненным

Рис. 3. Блок-схема ИКМ QorIQ P4080

32

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

средствами гипервизора. каждый процессор имеет собственные кэши первого (32K + 32K) и второго (128K) уровней. аналогично сетевым про-цессорам Cavium память и периферия подключается к блоку процессоров через высокоскоростную иерархиче-скую когерентную коммутационную структуру (« » на рис. 3) с 36-разряд-ным адресом и суммарной пропускной способностью 800 гбит/с.

два контроллера 64-/72-разрядных DDR3 SDRAM подключаются через соот-несенные им конфигурируемые кэши третьего уровня объемом по 1 Мбайт каждый.

блок сопроцессоров объединяет сопроцессоры безопасности и кон-текстного поиска RegEx, а также дис-петчеры очередей и буферов.

каждый из двух одинаковых дис-петчеров кадров содержит обработчик кадров Ethernet, комплект буферов, по четыре MAC-контроллера GE и одному MAC-контроллеру 10GE. Максимальная пропускная способность диспетчера кадров на телекоммуникационных пор-тах равна 12 гбит/с, т.е. одновременно с портом 10GE можно использовать не более двух портов GE. обработчик кадров способен принимать решения по классификации и распределению по очередям входящих Ethernet-кадров с пропускной способностью до 18 млн кадров в секунду.

важный элемент структуры P4080 — непосредственные связи диспетчеров кадров с блоком сопроцессоров, реа-лизующие фирменную архитектуру ускорения трактов данных DPAA (data paths acceleration architecture). в этой архитектуре потоки данных подверга-ются параллельной обработке не только благодаря распределению задач между несколькими процессорами, но и за счет конвейера, образуемого непосред-ственно в трактах данных, включающих диспетчеры пакетов и сопроцессоры.

диспетчер очередей — ключевой элемент архитектуры DPAA, в основ-ном реализующий интерфейсы между аппаратурой и программным обеспе-чением. он способен организовывать и поддерживать на двух уровнях иерар-хии по нескольку каналов к каждому внутреннему абоненту с восемью рабо-чими очередями в каждом канале и несколькими очередями кадров в каж-дой рабочей очереди.

диспетчер буферов по указаниям программного обеспечения способен управлять буферами и пулами буферов в процессе их использования как аппа-ратурой (диспетчерами кадров или сопроцессорами), так и программами. диспетчер способен поддерживать до 64 пулов буферов, назначая и освобож-дая их по стековой дисциплине LIFO (last in first out).

сопроцессор безопасности включа-ет пять параллельных каналов обра-ботки, которые способны выполнять функции традиционных аппаратных ускорителей шифрования и дешифро-вания по алгоритмам DES, AES, ARC, Kasumi, SNOW 3G, MDE и PKE, а также генерировать случайные числа и коды CRC. кроме того, помимо шифрова-ния и дешифрования данных по всем широко используемым в современной телекоммуникации криптоалгоритмам сопроцессор способен самостоятельно обрабатывать заголовки и концевики для наиболее распространенных про-токолов безопасности: IPsec, SSL/TLS, SRTP, IEEE 802.1AE MACSec, IEEE 802.16e WiMAX MAC и 3GPP RLC.

сопроцессор RegEx может автоном-но сканировать потоки данных с целью выявления в них тех или иных заданных контекстов. Число заданных контекстов длиной до 128 байтов может доходить до 64 тыс., а число правил поиска — до 32 тыс. пропускная способность сопро-цессора примерно равна 10 гбит/с.

благодаря DPAA вне блока процес-соров может выполняться ряд типич-ных операций по обработке пакетов:

– разбор пакетов, их классифика-ция и распределение по очередям;

– управление очередями и предот-вращение заторов;

– выделение буферов и управле-ние ими;

– шифрование и дешифрование данных;

– контекстный поиск и автоматиче-ская подмена контекстов.

помимо коммуникационных интер-фейсов Ethernet икМ P4080 включает блок высокоскоростных последова-тельных интерфейсов:

– три интерфейса PCI Express G2 ×1/×2/×4/×8 со скоростью передачи данных на дорожке до 5 гбод/с (суммар-ная скорость до 32 гбит/с в тракте ×8);

– два интерфейса SRIO (serial RapidIO) 1×/4× с блоком поддержки сообщений MU (message unit) и ско-ростью передачи данных на дорожке до 3,125 гбод (суммарно до 10 гбит/с в тракте 4×).

назначение интерфейса PCI Express очевидно: он предоставляет возмож-ность подключения к икМ стандартной высокоскоростной периферии, напри-мер видеоконтроллеров, дисков или целой подсистемы WiFi. интерфейс SRIO не только позволяет подключать различ-ные ацп и цап, что важно в устройствах инфраструктуры беспроводных сетей, но и открывает широкие возможности объ-единения многих икМ в серхлокальную сеть и эффективного взаимодействия между ними на разных уровнях [3].

список прочих интерфейсов ввода/вывода включает локальную 16-разряд-ную шину для подключения параллель-

ных памятей Flash (NOR и/или NAND) начальной загрузки и EEPROM конфи-гурационных параметров, а также ряд последовательных интерфейсов:

– два интерфейса USB со скоро-стями передачи данных до high speed и интерфейсом ULPI (universal low-pin interface) к трансиверу;

– интерфейс карт памяти SD/MMC;– периферийный интерфейс SPI;– четыре интерфейса I2C;– четыре интерфейса UART.прибор выпускается в 1295-выво-

дном корпусе FC PBGA и на частоте 1,5 ггц рассеивает около 30 вт.

области применения икМ P4080 принципиально не отличаются от обла-стей применения снк Octeon. самые типичные приложения:

– маршрутизаторы сервисов VPN/ IP;– устройства сетевой защиты для

коммутаторов и сетевых серверов;– контроллеры узлов инфраструк-

тур беспроводных сетей;– компоненты высокопроизводи-

тельных мультисистем.использование ядер e500 с широко

распространенной высокопроизводи-тельной RISC-архитектурой PowerPC дает то очевидное преимущество, что аппаратура на базе икМ P4080 может использовать существующие средства разработки программ для процессоров архитектуры PowerPC и заимствовать собственно программ-ное обеспечение, наработанное ранее, например для икМ несколь-ких семейств PowerQUICC. компания Freescale рекомендует для икМ P4080 как собственные, так и сторонние инструментальные наборы. в част-ности, имеется полностью адаптиро-ванный для эффективного использо-вания на P4080 набор программных средств под ос Linux, рассчитанный как на симметричную, так и асимме-тричную многопроцессорность. в ближайшее время ожидается адапта-ция к P4080 некоторых операционных систем реального времени третьих фирм, уже с успехом работающих на двухпроцессорных икМ компании Freescale.

для отладки программного обе-спечения на P4080 Freescale поставля-ет специальные средства загрузки и отладки, которые планируется вклю-чить в фирменную универсальную интегрированную среду разработки и отладки CodeWarrior.

поСлЕСлоВиЕрассмотренные сетевые устрой-

ства — Octeon Plus, Octeon II и P4080 — отличает, как и большинство их пред-шественников, многопроцессорность. действительно, сетевые процессо-ры прошлых поколений, в частности IXP2855 и C-port, тоже были принципи-

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

33

электронные компоненты №7 2009

ально многопроцессорными. но все же это было нечто совсем другое. в IXP2855 матрицу из 16 специализированных процессорных блоков пользователь должен был кропотливо микропрограм-мировать, чтобы заставить каждый ее компонент с пользой работать в ансам-бле, а затем написать рабочие програм-мы нижнего уровня, т.е. практически уровня операционной системы, для управляющего ядра XScale, которые организовали бы работу всего устрой-ства. в сетевом процессоре C port ситуация была лишь немногим лучше, поскольку многочисленные специали-зированные канальные процессоры и сопроцессоры тоже нужно было про-граммировать, но хотя бы не на уровне микрокода, а на языке с.

Многопроцессорность в семействах Octeon и P4080 другого свойства. она базируется на широко распространив-шейся в последнее время и хорошо обкатанной идеологии мнгоядерных процессоров, массово применяемой в процессорных чипах универсаль-ных компьютеров компаниями Intel и AMD. Эта система предельно гибка в том смысле, что имеющиеся ресурсы, в т.ч. и встроенные процессоры, можно использовать любым образом: распа-раллеливая работы при симметричной многопроцессорности, жестко распре-деляя задачи между процессорами на асимметричных принципах или органи-

зуя легко конфигурируемые внутрен-ние конвейеры. соответственно при-нятой организации разные процессоры или группы процессоров могут рабо-тать под управлением одной и той же операционной системы или в совер-шенно разных операционных средах.

Хотя и Octeon, и P4080 могут рабо-тать под управлением имеющихся опе-рационных систем, в первую очередь Linux, пользователю следует быть гото-вым к тому, что предполагаемое их при-менение в жестком реальном времени и весьма специфических приложениях может толкнуть его на путь создания своего, пусть самого простого, диспет-чера задач (исполнительной системы) реального времени. ведущие компании в области пакетной коммутации, такие как Cisco или Alcatel, используют не толь-ко оригинальное оборудование, также широко эксплуатирующее многоядер-ность, но и собственные операционные среды для достижения максимальной эффективности своего оборудования. конечно, создание таких оригинальных диспетчеров, работающих в тесном кон-такте со встроенными гипервизорами или даже подменяющих их, — задача не из самых простых, но все же она и проще, и благороднее унылого микропрограм-мирования многочисленных нестан-дартных процессоров с трудно предска-зуемым результатом. автору известны успешные решения на этом пути даже

для небольших программистских кол-лективов, и он призывает отечественных разработчиков активнее использовать современные икМ и интегрированные сетевые процессоры, поскольку в рос-сийских условиях это, вероятно, един-ственный реальный путь разрабатывать более-менее отвечающую современным требованиям и конкурентоспособную серийную сетевую аппаратуру.

Литература1. «Электронные компоненты», 2007,

№7, с. 56—982. Егоров В. Интегрированные комму­

ни кационные микроконтроллеры Free­scale Semiconductor: из прошлого в бу ду­щее//«Элек тронные компоненты», 2008, №7, 31—41.

3. Егоров В. Последовательный интер­фейс RapidIO и его применение в пакетной коммутации//«Электронные компоненты», 2008, №12, с. 69—76.

4. OCTEON Plus CN58XX Multi­Core MIPS64 Pro cesso r s//w w w.ca viumne t wo rk s .com /OCTEON­Plus_CN58XX_solutions.html.

5. OCTEON™ II CN63XX Multi­Core MIPS64 Internet Application Processors//www.cavium­networks.com/OCTEON­II_CN63XX_solutions.html.

6. QorIQ™ P4080 Communications Pro­cessor//www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=P4080&nodeId=0162468rH3bTdG25E4.

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

35

электронные компоненты №7 2009

В статье приведена сравнительная оценка процессоров ввода/вывода, ори-ентированных, в первую очередь, на применение в высокоэффективных RAID-контроллерах, используемых в системах хранения данных разного назна-чения. Рассматриваемые в статье процессоры ввода/вывода PPC440/460 (AMCC), IOP8134x (Intel), PM8010/8002/8001 (PMC-Sierra) — высокопроизводитель-ные специализированные процессоры с широким набором периферийных интерфейсов (PCI-X/PCI Express, SAS/SATA, Ethernet и др.). Кроме того, эти про-цессоры содержат аппаратные акселераторы, позволяющие существенно ускорить вычисления алгоритмов кодирования и восстановления данных.

ПроЦеССоры ВВоДА/ВыВоДА ДлЯ СиСтеМ ХрАнениЯ ДАнныХВиктор охрименко, начальник отдела, Государственный научно-исследовательский центр прикладной информатики

одним из результатов внедрения информационных технологий является безудержный рост объема цифровой информации. В 2008 г. по заказу амери-канской корпорации EMC Corporation (крупнейшего в мире поставщика систем хранения данных) другая, не менее известная американская марке-тинговая компания IDC (International Data Corporation), специализирующая-ся на исследованиях в сфере информа-ционных технологий, провела анализ создаваемой IT-индустрией цифровой информации. По оценкам экспертов компании IDC, в 2007 г. общий объем цифровых данных составил примерно 280 млрд. Гбайт, а в 2011 г. по прогнозу аналитиков этой же компании объем создаваемой вновь и копируемой циф-ровой информации увеличится в десять раз по сравнению с 2006 г. [1]

В корпоративном бизнесе хранимая в электронном виде информация при-обретает ключевую роль для обеспече-ния непрерывности бизнес-процессов и поддержания конкурентоспособ-ности компании. Это, в свою очередь, накладывает жесткие требования на системы хранения корпоративных дан-ных, которые должны обеспечивать не только высокую скорость доступа к информации, отличаться высокой надежностью, но и, кроме того, должны гарантировать восстановление данных в случае отказа оборудования. Чтобы по достоинству оценить возможности рассматриваемых процессоров ввода/вывода, следует вкратце ознакомиться с архитектурой систем хранения дан-ных и параметрами современных ком-пьютерных интерфейсов [2-13].

СиСтемы хранения данныхтрадиционная технология хранения

данных DAS (Direct Attached Storage) с подключением дискового массива непо-средственно к каждому серверу дале-ко не всегда отвечает современным требованиям управления бизнесом. В

настоящее время все большее распро-странение и популярность приобретают другие архитектуры — это SAN (Storage Area Network — сеть хранения данных) и NAS (Network Attached Storage — сетевые устройства хранения). как правило, в SAN-системах используются оптоволоконные каналы связи (FC), а NAS-устройства снабжены высокоско-ростными портами Ethernet (1/10 Гбит/с). При реализации сетей хранения данных наряду с оптоволоконной технологией (FC) в последнее время все чаще исполь-зуется интерфейс iSCSI (Internet Small Computer System Interface). Применение этого интерфейса позволяет использо-вать сравнительно недорогую по срав-нению с FC и уже существующую инфра-структуру сетей Gigabit Ethernet, а это, в свою очередь, дает возможность суще-ственно уменьшить стоимость необхо-димого оборудования. При использо-вании как SAN-, так и NAS-архитектур в качестве устройств хранения в этих системах, как правило, применяются накопители на жестких дисках (винче-стеры), которые, не секрет, являются самыми ненадежными звеньями систем хранения данных, вследствие наличия в них механических движущихся частей. и хотя среднее время наработки до отказа (MTBF — Mean Time Between Failures), к примеру, накопителей с интерфейсом SAS (Serial Attached SCSI) или SCSI (Small Computer System Interface) находится в диапазоне 1,2...1,5 млн. часов, вопрос заключается скорее не в том, откажет ли дисковый накопитель, а в том, когда именно это может произойти.

компьютерные системы хранения данных должны обеспечивать сохран-ность данных при минимальном вре-мени их восстановления в случае сбоев в работе или отказе дисковых накопи-телей. наиболее оптимальным подхо-дом при решении проблемы сохран-ности данных служит технология RAID (Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дис-

ков). В настоящее время во всех систе-мах хранения данных, в том числе и корпоративных, используется именно эта технология. По сути, дисковый мас-сив — это несколько физических накопи-телей, объединенных в один логический диск с использованием специальных алгоритмов кодирования данных и рас-пределения информации по всем дис-кам массива. При этом неважно, какие именно диски используются для созда-ния массива: с интерфейсом SCSI, EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronics), SATA (Serial ATA) или SAS. идея, поло-женная в основу всех RAID-алгоритмов, заключается в разделении входного потока на блоки данных (D0…DN) для их последующей записи на отдельные физические диски (накопители). При считывании происходит обратный про-цесс. Помимо RAID0/1/2/3/4/5/6/7/10, существуют и другие RAID-алгоритмы. Большинство из них достаточно просто реализуются на программном уровне и не требуют специфических сложных вычислений. Между собой они различа-ются производительностью, стоимостью необходимого оборудования и надеж-ностью. наибольший интерес представ-ляют RAID5 и RAID6. Последний является самым сложным, а его использование позволяет восстанавливать данные даже при одновременном отказе двух диско-вых накопителей в массиве.

Упрощенно принцип работы алго-ритма RAID5 заключается в следующем: входной поток данных распределяется на N-1 блоков (где, N — число используе-мых накопителей), а содержимое блока N является контрольным (далее этот блок обозначается как P) и использует-ся в дальнейшем для восстановления информации в случае отказа одного из накопителей. В процессе записи блоки данных D1…DN-1 и P распределяются по всем дискам массива, другими словами, нет отдельно выделенного диска с кон-трольной информацией. Блок данных P — это ни что иное, как результат пораз-

36

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

рядного выполнения логической опера-ции XOR с блоками данных D1…DN-1, т.е. P = XOR(D1, D2, D3, DN-1). Для восстанов-ления «потерянных» данных в случае «утраты» одного из блоков используют-ся простые соотношения, например, D1 = XOR(P, D2, D3, DN-1) или D2 = XOR(P, D1, D3, DN-1) и т.п. таким образом, все накопите-ли в массиве являются равноценными, подверженными одинаковому износу, и, в случае сбоя одного из секторов на диске или полного отказа диска, инфор-мация восстанавливается без потерь. такая простая логическая операции как XOR, позволяет не только сравнительно просто восстанавливать «утерянные» данные, ее также полезно использовать при поиске заданной информации на диске, поскольку результатом выполне-ния поразрядной операции XOR с двумя одинаковыми блоками данных будет нуль.

Алгоритм RAID6 — модифицирован-ный RAID5. Принцип работы алгоритмов RAID5/6 наглядно иллюстрирует рис. 1. При использовании алгоритма RAID6 одновременный отказ даже двух нако-пителей не приводит к потере данных. В отличие от RAID5, в алгоритме RAID6 контрольная информация содержится уже в двух дополнительных блоках (P и Q). Содержимое контрольного блока P вычисляются аналогично тому, как это производится в алгоритме RAID5, а при генерации блока Q применяется технология избыточного кодирования с использованием концепции конеч-ных полей Галуа (GF — Galois Field). как правило, используются поля GF(28), т.е. содержащие 256 элементов. код рида-Соломона, основанный на полиномиаль-ном представлении байтов сообщения с использованием теории математиче-ских операций в конечных полях Галуа, позволяет трактовать сообщение как коэффициенты полинома, являющиеся элементами поля GF(28), а для генерации элементов поля используются так назы-ваемые порождающие полиномы. код

рида-Соломона — это исходное сообще-ние, с присоединенным к нему хэшем, вычисленным по определенным прави-лам по коду сообщения. Этот хэш, по сути, — контрольные данные Q, исполь-зование которых позволяет восстано-вить сообщение при его искажении. В полиномиальном трактовке код рида-Соломона представляет собой коэффи-циенты некоторого результирующего полинома F(x), вычисляемого как сумма сдвинутого на r позиций влево инфор-мационного полинома D(x) и полинома остатка R(x), получаемого при делении D(x) на порождающий полином g(x) [2]. такой вид кодирования называется систематическим, поскольку «информа-ционные коэффициенты» можно просто отделить от коэффициентов остатка без какого-либо специального декодирова-ния.

В результате в технологии RAID6 для одних и тех же входных данных с помо-щью двух независимых алгоритмов вычисляются два набора контрольных данных р и Q, что позволяет восста-навливать информацию даже в случае отказа двух дисковых накопителей в массиве. В процессе записи блоки р и Q распределяются по всем накопителям так же, как в случае RAID5.

интерфейС pci expressPCI Express (далее PCI-E) — компью-

терная шина, использующая программ-ную модель шины PCI/PCI-X и высокопро-изводительный протокол физического уровня, основанный на передаче данных в последовательном формате. В отличие от шины PCI, которая является парал-лельной 32- или 64-разрядной общей шиной, PCI-E поддерживает радиаль-ную топологию типа «звезда», при этом устройства в простейшем случае связа-ны между собой двунаправленным сое-динением типа «точка-точка», которое называется lane. канал, связывающий устройства с коммутатором (switch) PCI-E называется link, и он может состоять из нескольких дуплексных последователь-ных линий связи (lane). В спецификации на шину PCI Express регламентируется, что канал может содержать 1, 2, 4, 8, 16 или 32 дуплексных линий связи, при этом все устройства должны поддер-живать работу с каналом, состоящим из элементарной двунаправленной линии связи. Ширину каналу обычно принято

обозначать как x1, x2, x4, x8, x16 или x32. Для передачи данных использует-ся дифференциальный низкоуровневый сигнал. При топологии «звезда» каждое устройство монопольно использует воз-можности канала, связывающего его с коммутатором PCI-E. Благодаря этому, последовательный интерфейс PCI-E, пришедший на смену параллельной шине PCI, позволил увеличить пропуск-ную способность шины. кроме того, необходимо учитывать, что протокол PCI-E поддерживает обмен данными в дуплексном режиме, что резко кон-трастирует с архитектурой PCI-шины, в которой в каждом временном интерва-ле возможна только однонаправленная передача данных.

Пиковая производительность интерфейса PCI-X 2.0 DDR при такто-вой частоте 133 МГц и разрядности шины 64 бита составляет чуть более 2 Гбайт/с. как и в большинстве других высокоскоростных последовательных протоколах (например, в том же SAS), в PCI-E используется алгоритм пере-кодирования данных 8b/10b (8 бит в 10 бит), что позволяет улучшить процесс тактовой синхронизации. Пиковая ско-рость передачи данных однонаправ-ленной линии составляет 2,5 Гбит/с (стандарт PCI-E v.1.0), а с учетом пере-кодирования 8b/10b — 250 Мбайт/с. Средняя же производительность каж-дой полудуплексной линии связи шины (PCI-E v.1.0) оценивается примерно на уровне 200 Мбайт/с. если используется канал, состоящий из восьми lane (х8), средняя пропускная способность в каждом направлении составляет уже 1,6 Гбайт/с. В спецификации стандар-та PCI-E v.2.0 скорость передачи дан-ных увеличена вдвое и составляет уже 5,0 Гбит/с для однонаправленной линии связи, что соответствует средней про-пускной способности в полудуплекс-ном режиме 3,2 Гбайт/с. Программная модель PCI-E во многом совместима с существующей моделью для PCI-шины, что позволяет сравнительно просто и без существенных затрат модифициро-вать уже имеющееся программное обе-спечение. Структура реализованного в шине PCI-E канала связи приведена на рис. 2. Следует отметить, что в интер-фейсе PCI-E предусмотрена возмож-ность «горячей замены» подключаемых устройств (т.е. замены без отключе-ния напряжения питания), что весьма важно, например, в случае вынужден-ной замены контроллера ввода/вывода (RAID-контроллера) в сервере.

интерфейС sas/sataинтерфейс SAS разработан для заме-

ны параллельного интерфейса SCSI и позволяет достичь более высокой скорости передачи данных, по срав-нению с интерфейсом SCSI. В отличие

Рис. 1. Принцип работы алгоритма RAID5 (а) и RAID6 (б)

а) б)

Рис. 2. Структура канала связи шины PCI-E

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

37

электронные компоненты №7 2009

от SCSI- в SAS-интерфейсе поддержи-вается полнодуплексный обмен дан-ными по последовательному каналу. отличительные особенности систем хранения данных, построенных на базе SCSI- и SAS-интерфейса, наглядно иллю-стрирует рис. 3.

Для передачи данных в интерфейсе SAS используется дифференциальный низкоуровневый сигнал. Пропускная способность SAS-интерфейса 1,5/3,0/ 6,0 Гбит/с (что соответствует 150, 300 или 600 Мбайт/с) в каждом направле-нии. Для сравнения, максимальная скорость передачи данных обеспечи-ваемая параллельным интерфейсом SCSI Ultra320 составляет 320 Мбайт/с. Полнодуплексное соединение типа «точка-точка» обеспечивает возмож-ность одновременной работы несколь-ких устройств в дисковом массиве. В настоящее время интерфейс SAS исполь-зуется для обмена данными с высоко-скоростными (10—15 тыс. оборотов/мин) накопителями на жестких дисках, которые, как правило, применяются в корпоративных (enterprise) системах хранения данных. Сочетание надежно-сти и функциональных возможностей, присущих SCSI, с высокой пропускной способностью, обеспечиваемой после-довательным интерфейсом, делают SAS-интерфейс оптимальным при соз-дании устройств, максимально удовлет-воряющих требования, предъявляемые к современным серверам и системам хранения данных любого уровня слож-ности. кроме того, SAS совместим с интерфейсом SATA, который пришел на замену доминировавшему прежде на рынке параллельному интерфейсу ATA (Advanced Technology Attachment). как правило, SATA-приводы имеют скорость вращения шпинделя не более 7200 обо-ротов/мин и применяются в недорогих устройствах хранения данных большого объема. Следует отметить, что и SAS- и SATA-интерфейс поддерживают возмож-ность «горячей замены» устройств.

кэш-памятьВсе данные, которые должны быть

записаны в дисковый массив, вначале пересылаются в промежуточную буфер-ную память (кэш-память) контроллера ввода/вывода. Затем на основе запи-сываемых данных и параметров RAID-алгоритма вычисляются контроль-

ные значения (например, в алгоритме RAID6 — это P+Q). После этого блоки данных и контрольные значения (P+Q) записываются на дорожку накопителя под управлением соответствующего алгоритма. таким образом, для реали-зации любого из RAID-алгоритмов для временного хранения данных необхо-димо иметь высокоскоростную буфер-ную память большого объема, в каче-стве которой может быть использована память типа DDR2 SDRAM с частотой тактирования 266/333/400 МГц.

В случае сбоев в работе источника питания данные, которые находятся в кэш-памяти и еще не были сохранены в дисковом массиве, не должны быть «потеряны». Для того, чтобы избежать этого, используется батарея резервного питания, поддерживающая в заданном диапазоне напряжение на микросхемах памяти (как правило, в течение пример-но 72 часов). обычно для этих целей при-меняются ионно-литиевые (Li-Ion) акку-муляторные батареи. Для сохранности данных в динамической памяти, которая используется в качестве кэш-памяти, необходимо с заданной периодично-стью повторять циклы регенерации. Чтобы это происходило и при пропада-нии напряжения питания необходимо переключить динамическую память в режим работы Self-Refresh и подключить батарею резервного питания. как пра-вило, на процессор ввода/вывода возла-гаются функции анализа аварийных сиг-налов и генерации последовательности операций, которые позволяют сохра-

нить данные в кэш-памяти. В интерфей-сах PCI/PCI-X/PCI-E реализован механизм формирования аварийных сигналов при сбоях источника питания, поэтому эта задача во многом упрощается.

на рис. 4 приведен пример структуры контроллера ввода/вывода. В данном случае контроллер представляет собой самостоятельную RAID-подсистему (со своим BIOS), причем для реализации операций с RAID-массивом не требуется использования ресурсов центрального (хост) процессора, а для хост процес-сора RAID-контроллер представляется как виртуальное устройство, которое распределяет операции чтения/записи данных между накопителями массива.

процеССоры ppc440/460 (powerpc)Выпускаемые американской ком-

панией AMCC (Applied Micro Circuits Corporation) процессоры серии PowerPC — PPC440SP/440SPe/460GT/ 460EX, а также новые процессоры PPC460SX/GTx (серийный выпуск кото-рых планируется в третьем квартале 2009 г.), базируются на мощной 32-раз-рядной ARM-архитектуре, имеют широ-кий набор встроенных аппаратных ускорителей и большое число пери-ферийных контроллеров, поддержи-вающих стандартные внешние интер-фейсы (PCI-E, PCI-X, Ethernet, DDR2 SDRAM, SATA, USB и т.д.). Самый произ-водительный в семействе — процес-сор PPC460SX, обладающий наиболь-шими возможностями по сравнению

Рис. 3. Отличительные особенности SAS- и SCSI-интерфейсов

Рис. 4. Структура контроллера ввода/вывода данных

38

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

с другими процессорами семейства PowerPC (AMCC). Структура процессора PPC460SX приведена рис. 5, основные параметры процессоров PPC440/460 даны в таблице 1.

Встроенные процессорные PLB-шины — две основные локальные (Primary Processor Local Bus) и две вспо-могательные (Secondary Processor Local Bus), имеющие разрядность 128 бит и частоту тактирования 200 МГц, обе-спечивают суммарную пропускную способность 19,2 Гбайт/с (PPC460SX). Архитектура этой шины спроектиро-вана таким образом, что при передаче данных имеется возможность обеспе-чить или малое время задержки (как правило, эта возможность использу-ется при обмене небольшими пакета-ми данных) или высокую пропускную способность, что обычно используется при передаче больших пакетов. к шине OPB (On-Chip Peripheral Bus — встроен-

ной периферийной шине) подключены менее скоростные контроллеры (UART, I2C), а также контроллер внешней пери-ферийной шины EPB (External Peripheral Bus), предназначенной для обмена дан-ными с внешней асинхронной памятью типа SRAM, ROM, NOR- или NAND-флэш (PPC460SX).

Процессор PPC460SX содержит три порта PCI-E, поддерживающих стан-дарт PCI Express v.2.0. один порт имеет восемь lane (x8), кроме того, он может быть сконфигурирован как (х4 или х1), два других — по четыре lane (х4), кото-рые могут быть конфигурированы как один х8. Пропускная способность lane в каждом направлении 5,0 Гбит/с, что обеспечивает скорость передачи дан-ных до 3,2 Гбайт/с (в полудуплексном режиме по шине х8).

контроллер SDRAM-памяти под-держивает обмен данными с памятью типа DDR2-800 (PPC460SX), что при

разрядности шины 64 бита, позволяет достичь пиковой производительности 6,4 Гбайт/с. контроллер обеспечивает работу со стандартными буферизиро-ванными и небуферизированными моду-лями памяти типа DIMM (Dual In-Line Memory Module), а также возможность подключения микросхем памяти с 64- или 32-разрядным интерфейсом.

Важной отличительной особенно-стью процессоров серии PPC460 явля-ется встроенный акселератор, спо-собствующий ускорению выполнения алгоритмов, которые используются при шифровании/дешифровании информа-ции. Для увеличения скорости обмена данными между процессорным ядром, памятью и акселератором, он подклю-чен непосредственно к скоростной процессорной шине PLB. Акселератор поддерживает выполнение стандарт-ных алгоритмов, используемых при криптографической обработке данных

Таблица 1. Основные параметры процессоров PPC440/460

НаименованиеТип процессора

PPC440SPe PPC440SP PPC460EX PPC460GT PPC460GTx PPC460SXТактовая частота процессорного ядра, МГц 533/667/800 533/667 600-1200 800-1400

Кэш-память, КбайтL1 команд/данных 32/32L2 кэш или SRAM 256 512

Встроенная SRAM-память, Кбайт Нет 64 32

Процессорнаяшина (PLB)

Разрядность, бит 128Такт. частота, МГц 166 200 200

SDRAM-память,Гбайт

DDR1-266/333/40016 4 4/16 Поддерживается

DDR2-400/533/667DDR2-800 Нет 4

PCI-E v.1.0 (2,5 Гбит/с) (End Point/Root Complex)

x 8 1Нет

НетПоддерживается x 4 2 1 1

x 1 — 1 1PCI-E v.2.0 (5,0 Гбит/c) Нет x4 (2) или x8 (1) x8 (1); x4 (2)PCI v.2.2 (32 бит, 33/66 МГц) Поддерживается 1

НетРазрядность шины PCI-X v.2.0 DDR(133 МГц), бит

PCI0 Host 64 (host/adapter) 64НетPCI1 Local нет 64

PCI2 Local нет 32Ускоритель RAID5/6 (по заказу) + Нет +Криптографический акселератор (по заказу) нет DES, 3DES, AES, ARC-4, MD-5, SHA-1, SHA-256/384/512Поддержка DSP-приложений (24 DSP-инструкции) +

Внешняя перифер.шина (External Peripheral Bus – EPB)

Шина адреса, бит 27 24 27 29Шина данных, бит 16 8 32 32Такт. частота, МГц 83 100

Контроллер внешней асинхронной памяти ROM, EPROM, SRAM, NOR ROM, SRAM, NAND ROM, EPROM, SRAM, NOR, NAND

Контроллер

10/100/1000 Ethernet MAC 1 2 4 4SATA (1,5/3,0 Гбит/с) Нет 1 Нет SRIO Нет 1 нет UART 3 4 2SPI Нет 1 нетI2C 2GPIO 32 64 32USB 2.0 Нет Host, OTG Нет нет JTAG +

Напряжение питания, В 3,3 (PCI, Ethernet)/ 2,5;1,8 (SDRAM)/1,5 (ядро)

3,3 (PCI)/2,5 (Ethernet, DDR1)/ 1,8 (DDR2)/1,25 (ядро)

3,3 (периферия)/2,5 (Ethernet)/1,8 (DDR2)/1,225 (ядро)

Потребляемая мощность, Вт (МГц) 14 (533) 6 (533) 6 (1000) 6—10 (1000) 10 (1000)Температура корпуса, °C 0…95 –40…100 –40…85 0…95 0…90Технология, нм 130 90Тип корпуса (размеры, мм; шаг выводов, мм) 675-FC-PBGA (27×27; 1,0) 783-FC-PBGA (29×29; 1,0) 728-TE-EPBGA (35×35; 1,0) 783 FC-PBGA (29×29; 1,0)

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

39

электронные компоненты №7 2009

в сетевых протоколах и устройствах хранения. к их числу относятся алго-ритмы кодирования/декодирования данных DES, 3DES, AES, ARC-4, XTS-AES, LRW-AES, MD-5, SHA-1, SHA-2 (SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512).

Встроенный акселератор XOR/DMA (PPC440SP/440SPe/460SX) призван уско-рить процесс выполнения алгоритмов RAID5/6. Для генерации контрольных данных (RAID6) предусмотрена воз-можность использования несколь-ких порождающих полиномов, в т.ч. x8 + x4 + x3 + x2 + 1 (0x11D) и x8 + x6 + x3 + + x2 + 1 (0x14D).

В процессорах PPC440/460 реализова-на технология интеллектуального ввода/вывода (Intelligent Input/Output — I2O). использование технологии I2O дает воз-можность «освободить» процессорное ядро от выполнения «рутинных» опера-ций ввода/вывода при обмене данными с хост-процессором через интерфейс PCI или PCI-E . Чтобы обмен данными между PCI-хостом, памятью и процессорным ядром выполнялся быстрее и эффектив-нее, в процессоре реализован модуль I2O/DMA. Предусмотрено несколько режимов работы модуля, а обмен дан-ными выполняется с использованием буферов FIFO.

Благодаря наличию аппаратных RAID-ускорителей, скоростных пор-тов Ethernet и SATA-контроллера, а также — встроенного криптографи-ческого акселератора, процессоры семейства PPC440/460, прежде всего, предназначены, для использования в RAID-контроллерах систем хранения данных разного класса. Другие возмож-ные области их применения — бор-товые навигационные системы, раз-личные системы управления/контроля технологическими процессами, изме-рительные комплексы и т. д.

процеССоры iop8134x (intel xscale)корпорация Intel в 2006 г. начала

производство процессоров ввода/вывода семейства Intel IOP8134x (IOP81341/342/348), предназначен-ных для использования в RAID-контроллерах систем хранения данных разного назначения. основные пара-метры процессоров IOP8134x приведе-ны в таблице 2. Все микросхемы этого семейства совместимы между собой по расположению выводов. Процессоры IOP8134x созданы на базе архитектуры Intel XScale (имеют одно или два процес-сорных ядра) и поддерживают высоко-скоростные компьютерные интерфейсы PCI-X и PCI-E. отличительные особен-ности этих процессоров — встроен-ная аппаратная поддержка RAID-алгоритмов и наличие интерфейсов SAS/SATA (IOP81348), обеспечивающих пропускную способность до 3,0 Гбит/с.

Процессоры IOP81342/348 имеют два процессорных ядра XScale с тактовой частотой до 1,2 ГГц. Встроенные «север-ная» и «южная» 128-разрядные шины с частотой тактирования до 400 МГц (при тактовой частоте ядра 1200 МГц) обе-спечивают обмен данными между двумя процессорными ядрами, а также между контроллерами DMA и SDRAM. Пиковая пропускная способность порта PCI-X (64 разряда, 133 МГц) составляет чуть более 1 Гбайт/с, а порт PCI-E (х8) может обеспечить среднюю скорость пере-дачи данных до 1,6 Гбайт/с. Поддержка RAID-технологии, а также наличие ско-ростных PCI- и SAS/SATA-интерфейсов позволяют как разрабатывать на базе этих процессоров RAID-контроллеры, включаемые непосредственно в сер-верные платформы, так и использовать их при создании внешних контролле-ров в системах хранения данных разно-го назначения.

Структурная схема процессора IOP81348 приведена рис. 6. Процессор IOP81348 содержит два процессор-ных ядра. Многопортовый контрол-лер SDRAM-памяти типа DDR2-400/DDR2-533 обеспечивает обмен данными с максимальной скоростью 4,2 Гбайт/с. Предусмотрена возможность подклю-чения стандартных буферизированных и небуферизированных модулей памя-ти типа DIMM объемом до 4 Гбайт.

Для поддержания высокоскорост-ного обмена данными с памятью типа SDRAM используется контроллер пря-мого доступа к памяти (DMA), получив-ший название DMA прикладных задач. Этот контроллер прямого доступа обеспечивает управление процессом передачи данных по трем независимым каналам. его отличительная особен-ность — аппаратная поддержка вы пол-нения операций, предусмотренных в алгоритмах RAID5 и RAID6. В контролле-

ре реализовано восемь режимов рабо-ты (XOR, Dual XOR, XOR with P+Q, P+Q update и другие), позволяющих форси-ровать выполнение RAID-алгоритмов. Пример последовательности выпол-нения операций в алгоритме RAID5, в котором для вычисления контрольной информации используется логическая операция XOR, наглядно иллюстрирует рис. 7. В этом примере побитовые опера-ции XOR выполняются с 64-разрядными словами каждого блока. объем блоков данных 1024 байта. начальные адреса блоков источников и приемника дан-ных записываются в соответствующие дескрипторы контроллера прямого доступа к памяти. Предусмотрена воз-можность одновременной обработки

Рис. 5. Структура процессора PPC460SX

Рис. 6. Структурная схема процессора IOP81348

40

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

до 16 блоков данных. В данном примере результирующие данные накапливают-ся в ячейках памяти, однако, они могут пересылаться как по шине PCI-X, так и PCI-E. При реализации алгоритма RAID6 используется порождающий полином типа x8 + x4 + x3 + x2 + 1 (0x11D).

результат сотрудничества специа-листов корпорации Intel и компании Emulex (www.emulex.com) — процес-соры ввода/вывода Emulex IOP502M/IOC540/IOC500S и другие, созданные на базе архитектуры процессоров Intel IOP8134x [14]. Эти процессоры кроме

стандартного SAS/SATA-интерфейса под держивают также и оптоволокон-ный интерфейс, что расширяет области применения этих процессоров.

процеССор pm8010 (pmc-sierra)Американская компания PMC-Sierra,

специализирующаяся в производ-стве микросхем для высокоскорост-ных систем проводной и беспровод-ной связи, систем хранения данных и сетевых приложений, предлагает ряд высокоинтегрированных микросхем для применения в интеллектуаль-

ных RAID-контроллерах, в том числе иМС PM8010/8002/8001. Микросхема PM8010 — это, по сути, RAID-контроллер, выполненный на кристалле одной микросхемы (RAID-on-Chip — RoC). Микросхема PM8010 содержит процес-сорное MIPS-ядро с тактовой частотой 600 МГц, кэш память команд/данных первого уровня объемом 32/32 кбайт, восьмиканальный SAS/SATA-контроллер, обеспечивающий пропускную способ-ность до 6,0 Гбит/с, порт PCI-E v.2.0 (х8) — 5,0 Гбайт/с. Предусмотрена работа с памятью типа DDR2-533/667/800. объем внешней SDRAM-памяти до 4 Гбайт. Структурная схема процессора ввода/вывода PM8010 приведена на рис. 8 [8]. Для создания RAID-массивов, процессор поддерживает реализацию стандартных алгоритмов RAID0/1/10/5/50/6/60. При вычислении контрольных данных (P+Q) используется соответственно процеду-ра XOR и код рида-Соломона.

Микросхемы PM8010 изготовлены по 90 нм CMOS-технологии и выпуска-ются в корпусах типа 672-BGA. размеры корпуса 27×27 мм, шаг выводов 1,0 мм. Потребляемая мощность от 6 до 13 Вт.

sas/sata-контроллерыкроме процессоров ввода/выво-

да следует отметить также и SAS/SATA-контроллеры, выпускаемые ком-паниями PMC-Sierra и LSI Corporation. компания PMC-Sierra предлагает два SAS/SATA-контроллера — это PM8002 и PM8001, которые от процессора PM8010 отличаются, главным обра-зом, отсутствием встроенного контрол-лера SDRAM-памяти. контроллеры PM8002/1 предназначены для совмест-ного использования с процессорами ввода/вывода. При этом обмен данны-ми между ними осуществляется через интерфейс PCI-E. Микросхемы PM8002 изготавливаются по CMOS-технологии (90 нм) и отличаются низкой потребляе-мой мощностью (всего 6,5 Вт при скоро-сти обмена 6,0 Гбит/с).

компания LSI Corporation предла-гает несколько микросхем контрол-леров SAS-интерфейса — LSISAS1064/ 10 6 4E /10 68/10 68E . контроллеры LSISAS1064/1064E содержат четыре SAS-порта, а LSISAS1068/1068E — восемь портов. Эти контроллеры обеспечива-ют пропускную способность 3 Гбит/с. Микросхемы LSISAS1064/1068 поддер-живает интерфейс PCI-X, а микросхемы LSISAS1064E/1068E — PCI-E. Структура SAS-контроллера LSISAS1068 при-ведена на рис. 9. новые микросхемы LSISAS2008/2108 имеют восемь SAS-портов, которые поддерживают ско-рость передачи данных до 6 Гбит/с.

Заключениерассмотренные устройства ввода/

вывода — высокопроизводительные

Таблица 2. Основные параметры процессоров IOP8134x

Наименование Intel IOP81341 Intel IOP81342 Intel IOP81348Тактовая частота ядра, МГц 667…1200 667/800/1200Процессорное ядро XScale 1 2

Кэш-память, Кбайт

L1 команд/данных 32/32L2 унифицированная 512

Встроенные шины (North и South)

разрядность, бит 128такт. частота, МГц 333/400

Внешняя память SDRAM DDR2-400/DDR2-533, Гбайт 4PCI-E v.1.0 (root complex/end point) x8/x4/x2/x1PCI v.2.2 (32 бит, 66 МГц) поддерживаетсяPCI-X v.2.0 (64 бит, 133 МГц) 1

Каналы DMADMA транспортный нет 2DMA прикладн. задач 3

Ускоритель RAID5/6 XOR, P+Q, CRC32C

Периферийная шина (PLB)

шина адреса, бит 25шина данных, бит 16такт. частота МГц 66

Контроллер

SAS (1,5/3,0 Гбит/с) нет 8SMbus 1UART 2I2C 3GPIO 16JTAG +

Напряжение питания, В

PCI, I/O 3,3 SDRAM 1,8ядра 1,2

Тип корпуса (размеры, мм; шаг выводов, мм) 1357-FCBGA (37,5×37,5; 1,0 )

Рис. 7. Последовательность операций в XOR-ускорителе

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

41

электронные компоненты №7 2009

специализированные процессоры, ори-ентированные на применение, в первую очередь, в высокоэффективных RAID-контроллерах. Преимущество PowerPC PPC460SX — мощное процессорное ядро с тактовой частотой 1,4 ГГц. кроме того, они снабжены скоростными пор-тами Gigabit Ethernet и поддержива-ют интерфейс PCI-E v.2.0. недостатком этих процессоров является отсутствие встроенного SAS-контроллера. наличие высокоскоростных Ethernet-портов и криптографического акселератора позволяет использовать эти процессо-ры в RAID-контроллерах распределен-ных систем хранения данных типа NAS.

В последнее время все активнее идет процесс вытеснения традиционных нЖМД твердотельными (полупроводниковыми) накопителями типа SSD (Solid State Drives). Для хранения данных в этих накопителях, как правило, используются микросхемы памяти типа NAND-флэш, изготовлен-ные как по технологии SLC (Single Level Cell), так и по MLC (Multiple Level Cell). Преимущество SSD-накопителей — это отсутствие движущихся механических частей и меньший уровень энергопотре-бления, а также важное для многих при-ложений, существенно меньшее, по срав-нению с нЖМД, гарантированное время доступа к данным. недостатками явля-ются сравнительно высокая стоимость и меньший объем памяти, хотя в послед-нее время появились полупроводнико-вые накопители объемом до 1000 Гбайт, у которых пока довольно большие габарит-ные размеры [9].

казалось бы, основанные на инте-гральной технологии SSD-накопители должны отличаться существенно боль-шей надежностью по сравнению с нЖМД. однако приводимое для SSD-накопителей типовое значение средне-го времени наработки до отказа (MTBF) составляет 1—2 млн. часов [10,11], что в принципе сравнимо с показателя-ми лучших дисковых накопителей. к примеру, SSD-накопитель X25-E SATA (Intel) имеет среднее время наработки до отказа 2 млн. часов [10]. Среднее время наработки до отказа жестко-го диска, приводимое в технических спецификациях компаниями произ-водителями, составляет 1—1,5 млн. часов. как относиться к этим цифрам и что за ними скрывается в действи-тельности, учитывая, что в году всего 8760 часов. Сотрудники престижного американского частного Университета CMU (Carnegie Mellon University — уни-верситет карнеги-Меллона) в феврале 2007 году опубликовали доклад [12]. из выводов, приведенных в нем, следу-ет, что, как правило, показатель MTTF (Mean Time to Failure — среднее время до отказа), завышен приблизительно от двух до тридцати раз в зависимости от срока эксплуатации нЖМД [12].

Рис. 8. Структура процессора PM8010

Рис. 9. Структура SAS-контроллера LSISAS1068

компания Samsung в начале теку-щего года анонсировала новый SSD-накопитель SS805 емкостью 100 Гбайт для использования в корпоративных серверах, как альтернативу традици-онным нЖМД со скоростью вращения 15 тыс. оборотов/мин [13].

Американская корпорация EMC Corporation в 2009 году анонсировала два новых флэш-накопителя объемом 200 и 400 Гбайт. По объему данных эти накопи-тели уже вплотную приближаются к пока-зателям нЖМД, используемым в корпора-тивных системах хранения данных.

рост спроса на флэш-память типа NAND, которая широко применяется в разнообразных бытовых и промышлен-ных приборах, мобильных телефонах, MP3-плеерах, твердотельных накопи-телях данных, цифровых видео- и фото-камерах, компьютерах и т.п. служит мощным стимулом для наращивания выпуска и разработки новых техноло-гий изготовления микросхем флэш-памяти типа NAND.

компания Samsung, лидер в про-изводстве флэш-памяти типа NAND, предлагает микросхемы объемом 16 Гбайт — K9MDG08U5M (MLC) и 8 Гбайт — K9NCG08U5M (SLC).

конкуренцию компании Samsung в выпуске микросхем NAND-флэш состав-ляют компания Micron Technology, а также созданная в 2008 г. Numonyx. Эта компания основана корпорациями Intel и STMicroelectronics для расши-рения производства микросхем памя-ти типа NOR- и NAND-флэш. В конце 2008 г. Numonyx объявила о заверше-нии разработки кристаллов памяти NAND-флэш на базе технологии 40 нм, что позволит производить микросхемы памяти объемом до 128 Гбит.

Ведущие компании также активно осваивают производство микросхем, удовлетворяющих требованиям спец-ификаций нового стандарта ONFI 2.1 (Open NAND Flash Interface), что позво-лит увеличить скорость операций чте-ния/записи до 200/100 Мбайт/с.

Более полную информацию о параме-трах и архитектуре рассмотренных про-цессоров можно найти в сети интернет по адресам, указанным в [3—8].

ЛИТЕРАТУРА1. The Diverse and Exploding Digital

Universe: An Updated Forecast of Worldwide Information Growth Through 2011 (www.emc.com/digital_universe).

2. H. Peter Anvin. The mathematics of RAID-6 (www.kernel.org/pub/linux/kernel/people/hpa/raid6.pdf).

3. PowerPC 440SPe Embedded Processor. Datasheet. — AMCC, 2008 (www.amcc.com).

4. PowerPC™460SX Embedded Processor. Product Brief. — AMCC, 2008 (www.amcc.com).

5. RAID 5/6 with PowerPC440SP/SPe. High performance RAID computations with PowerPC 440S series. Product Brief. — AMCC, 2008 (www.amcc.com).

6. Intel® 81348 I/O Processor. Datasheet. — Intel, 2007 (www.intel.com).

7. Intel® 81341 and Intel® 81342 I/O Processors. Datasheet. — Intel, 2007 (www.intel.com).

8. www.pmc-sierra.com9. www.dolphinics.com10. X25-E SATA Solid State Drive

SSDSA2SH032G1. Datasheet. — Intel, 2008 (www.intel.com).

11. www.ssd.supertalent.com12. Bianca Schroeder, Garth A. Gibson.

Computer Science Department Carnegie Mellon University.

Disk failures in the real world: What does an MTTF of 1,000,000 hours mean to you? (www.cs.cmu.edu/~bianca/fast07.pdf).

13. w w w. i t e c h n e w s . n e t / 2 0 0 9 / 01/ 14 /s a m s u n g - s s 8 0 5 -10 0 g b - g r e e n - s s d - f o r -enterprise

14. www.emulex.com

42

www.elcp.ru

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

43

электронные компоненты №7 2009

Cortex-M3 — один из представителей нового семейства встраиваемых процессоров Cortex компании ARM, который предназначен для использо-вания в критичных к стоимости микроконтроллерах. С момента пред-ставления процессора в 2004 г. о намерениях использовать его в своих микроконтроллерах заявило несколько компаний. Обо всех этих микро-контроллерах и их особенностях рассказано в статье.

территория Cortex-M3: экспресс-портреты Микроконтроллеров от разных производителей Константин староверов, к.т.н., директор частного предприятия «сэт-Микро»

введениекомпания ArM является обще-

признанным лидером в области раз-работки встраиваемых процессоров. процессоры этой компании стали де-факто промышленными стандарта-ми и широко используются в микро-контроллерах (Мк) многих ведущих производителей. в ответ на постоянно растущую потребность рынка в 32-раз-рядных микроконтроллерах, способ-ных конкурировать по цене и энер-гопотреблению с 16-разрядными Мк и позволяющих при этом создавать более интеллектуальную продукцию с улучшенными потребительскими качествами, компания ArM создала сначала процессор ArM7tDMI, а впо-следствии — Cortex-M3. в архитектуре процессора Cortex-M3 предпринят ряд улучшений с целью повышения эффек-тивности кода программы, производи-тельности его исполнения, устранения «узких мест» во внутренних каналах передачи и обработки данных, а также снижения энергопотребления и умень-шения числа логических вентилей. на данный момент известны шесть производителей микроконтролле-ров на основе процессора Cortex-M3: Atmel, energy Micro, Luminary Micro (с 2009 г. является собственностью компании texas Instruments), NxP, StMicroelectronics и toshiba. Будучи построенными на основе одного и того же типа процессора, все эти микрокон-троллеры выполнены с использовани-ем разных ингредиентов (периферий-ных модулей) и по особым рецептам (их количество, особенности и под-ключение). в результате, у семейств Мк разных производителей есть свои достаточно узнаваемые портреты, отражающие концепции их создателей относительно того, как должна выгля-деть архитектура Мк, претендующего на успешность в той или иной области применения.

1. Luminary microLuminary Micro, несмотря на сравни-

тельно недолгое — пятилетнее — суще-ствование в качестве самостоятельной компании, оставила заметный след в мировой электронике, став первым про-изводителем общедоступных микро-контроллеров Cortex-M3. ассортимент микроконтроллеров Luminary чрезвы-чайно обширен (138 шт.) и охватывает наиболее типичные области примене-ния Мк, включая промышленную, потре-бительскую и автомобильную электро-нику, охранные системы, медицинскую и робототехнику. этот ассортимент создавался под влиянием потребности рынка в новом поколении электрон-ной техники, которая при 32-разряд-ной вычислительной эффективности сохраняла бы конкурентоспособность с более простой техникой. Мк Luminary объединены в общее семейство Stellaris, которое в свою очередь разделено на 11 серий. Уникальной характеристи-кой ассортимента Luminary является наличие в нем даже 28-выводных Мк, что позволяет конкурировать семей-ству Stellaris с 8- и 16-разрядными чипа-ми. а главная «изюминка» семейства Stellaris заключается даже не в воз-можности широкого выбора микро-контроллеров, а скорее в доступности микроконтроллеров со встроенным модулем ethernet, причем со встроен-ным не только MAC-контроллером, но и трансивером. данное предложение является беспрецедентным для группы Cortex-M3 и редко встречается даже среди всех выпускаемых в настоящее время 8…32-разрядных Мк. Часть Мк со встроенным интерфейсом ethernet представлена в таблице 1. некоторые из них имеют поддержку стандарта Ieee1588, который позволяет на нано-секундном уровне синхронизировать контроллеры, подключенные к распре-деленной сети ethernet. такие Мк иде-альны для использования в промыш-

ленных контроллерах автоматизации. применению Мк Stellaris в промыш-ленной автоматике способствует также доступность в некоторых из них много-канального ШиМ-контроллера, опти-мизированного под использование в силовой преобразовательной технике; интерфейса квадратурного энкодера, облегчающего введение обратных свя-зей по положению, направлению, ско-рости, а также стандартного набора аналоговой и цифровой периферии. есть в ассортименте Stellaris и Мк с полноскоростным интерфейсом USB с функциональностью на любой выбор (Host, Device, otG) и Мк с ориентиро-ванным на транспортные и промыш-ленные применения интерфейсом CAN и со специальным модулем управления электропитанием (модуль Hibernation) для устройств с батарейным питани-ем, в т.ч. с функцией счета реального времени.

к числу уникальных особенностей Мк Stellaris можно отнести еще под-держку в некоторых из них программ-ной библиотеки StellarisWare, запро-граммированной производителем во внутреннее пзУ. данная библиотека содержит драйверы встроенных моду-лей ввода/вывода, функции для про-граммирования флэш-памяти, крипто-графические таблицы по стандарту AeS, а также функции обнаружения ошибок CrC. важно обратить внимание, что Мк Stellaris помимо стандартного про-мышленного исполнения доступны в исполнении для работы в расширен-ном до 105°с температурном диапа-зоне. и напоследок, хорошая новость для разработчиков бытовой техники: архитектура Мк Stellaris в дополне-ние к предлагаемой Luminary библио-текой поддержки тестов по классу Б стандарта IeC 60730 (в рФ действует его аутентичная версия Гост р Мэк 60730-1-2002) существенно облегчит процедуру сертификации на соответ-

44

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

ствие классу Б уровня безопасности и надежности бытовой техники.

2. STmicroeLecTronicSCortex-эксклюзив от Luminary

просуществовал чуть больше года — летом 2007-го со своим пред-ложением нового семейства микро-контроллеров StM32 вышла компа-ния StMicroelectronics. ассортимент микроконтроллеров StM32 отличается более четкой и ясной классификацией и насчитывает 62 микроконтроллера. изначально семейство StM32 разде-лялось на две серии — Performance и Access. Микроконтроллеры этих серий образуют совместимые по расположе-нию выводов и объему флэш-памяти пары, которые отличаются быстродей-ствием, степенью интеграции и, как следствие, стоимостью. Мк из серии Access синхронизируются вдвое мень-шей частотой, интегрируют меньший объем озУ и сокращенный набор моду-лей ввода/вывода. такой подход к клас-сификации Мк обеспечивает дополни-тельное преимущество использования одной и той же аппаратной платфор-мы для установки микроконтроллеров разного класса. осенью прошлого года семейство StM32 было расширено еще одной серией — USB Access, в которую вошли 48- и 64-выводные Мк, отлича-ющиеся от серии Access повышенной до 48 МГц максимальной частотой син-хронизации и интеграцией полноско-ростного (FS) Device-интерфейса USB.

о появлении в семействе StM32 еще одной серии — Connectivity — было объявлено в конце июня текущего года. в эту четвертую по счету серию вошли микроконтроллеры со встроенными интерфейсами USB Host/Device/otG, MAC-контроллером 10/100 ethernet с поддержкой Ieee1588, двумя модулями CAN 2.0B и интерфейсом I2S (аудио-класс). делая ставку именно на эти интерфейсы и имея в виду отличные характеристики энергопотребления и гибкости архитек-туры своих микроконтроллеров, компа-ния StM надеется на существенное рас-ширение областей применения своей продукции, начиная от потребительской электроники (портативных музыкальных плееров (USB + I2S) и домашних театров (ethernet + USB + I2S)) до промышлен-ной электроники (программируемых логических контроллеров и преобразо-вателей интерфейсов (ethernet + CAN)). Медицинская техника, охранные систе-мы, контрольно-измерительные прибо-ры, системы управления электроприво-дом также являются потенциальными сферами для расширения объемов при-менения Мк StM32. рассмотренные осо-бенности серий семейства StM32 обоб-щены на рисунке 1.

если перейти от общей оценки микроконтроллеров Мк StM32 к ана-лизу их архитектуры, то в сравнении с продукцией Luminary можно обнару-жить стремление компании StM хоть на немного, но сделать более совер-шенный Мк. этот тренд прослежива-

ется начиная с системного уровня Мк (выше частота синхронизации ЦпУ, более совершенная шинная архитек-тура, дополнительный сторожевой таймер, дополнительный низкоча-стотный rC-генератор, флэш-память с возможностью хранения данных в течение 30 лет при температуре 85°с и т.д.) и до встроенных модулей ввода/вывода (более высокое предельное быстродействие последовательных интерфейсов, более высокое быстро-действие и разрешающая способность аЦп). Больший акцент сделан у StM32 и на поддержку устройств с батарей-ным питанием. такой вывод можно сделать после оценки характеристик энергопотребления:

– напряжение питания 2…3,6 в (против 3…3,6 в Luminary);

– удельный потребляемый ток ~0,4 ма/МГц (против ~1 ма/МГц Luminary);

– потребляемый ток домена с отдельным батарейным питанием 1,4 мка (против 16 мка Luminary).

интересный маркетинговый ход ком-пания StM предприняла в поддержке проектирования. понимая, что наибо-лее популярной областью применения Мк, где используется батарейное пита-ние, является портативная электро-ника, StM совместно со своим партне-ром raisonance создала StM32 Primer и StM32 Primer 2 [2]. данные инструмен-тальные средства, хотя и называются оценочными наборами, на самом деле могут выступать в качестве завершен-

Таблица 1. Микроконтроллеры Stellaris со встроенным интерфейсом Ethernet и ШИМ-контроллером

Наи

мен

ован

ие

Флэ

ш-п

амят

ь, К

байт

SRA

M, К

байт

Мак

с. ч

асто

та Ц

ПУ,

МГц

32-б

итны

е та

ймер

ы

ШИ

М-к

онтр

олле

р

USB

Под

держ

ка IE

EE15

88

CAN

UA

RT

I2 C SSI (

SPI)

Квад

рату

рны

й эн

коде

р

Кана

лы 1

0-ра

зряд

. А

ЦП

Час

тота

дис

крет

изац

ии А

ЦП

, МГц

Дат

чик

тем

пера

туры

Ана

лого

вый

ком

пара

тор

Коли

чест

во л

иний

вво

да-в

ыво

да

Мод

уль

Hib

erna

tion

ПЗУ

с п

рош

ивко

й St

ella

risW

are

Под

держ

ка D

MA

Пре

цизи

онны

й RC

-ген

ерат

ор

Инт

ерф

ейс

EBI

Инт

ерф

ейс

I2 C

Циф

рово

й ко

мпа

рато

р

Корп

ус

LM3S6110 64 16 25 3 2 1 1 3 8—35 LQFP100

LM3S6432 96 32 50 3 2 2 1 1 3 0,25 2 14—43 LQFP100

LM3S6952 256 64 50 3 4 3 1 1 1 3 0,5 3 6—43 LQFP100

LM3S6610 128 32 25 4 4 3 1 1 1 3 5—46 LQFP100

LM3S6537 96 64 50 4 6 2 1 1 4 0,5 2 6—41 LQFP100

LM3S6753 128 64 50 4 6 2 1 1 1 4 0,5 2 5—41 LQFP100

LM3S6965 256 64 50 4 6 3 2 1 2 4 1 2 0—42 LQFP100

LM3S8962 256 64 50 4 6 1 2 1 1 2 4 0,5 1 5—42 LQFP100

LM3S6950 256 64 50 4 6 3 1 2 1 3 1—46 LQFP100

LM3S8971 256 64 50 4 6 1 2 1 1 8 1 1 4—38 LQFP100

LM3S9792 128 64 80 4 8 OTG 2 3 2 2 2 16 1 3 0—65 16 LQFP100

LM3S9B96 256 96 80 4 8 OTG 2 3 2 2 2 16 1 3 0—65 16 LQFP100

LM3S9B92 256 96 80 4 8 OTG 2 3 2 2 2 16 1 3 0—65 16 LQFP100

LM3S9B95 256 96 100 4 8 OTG 2 3 2 2 2 16 1 3 0—65 16 LQFP100

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

45

электронные компоненты №7 2009

ных и эргономичных платформ для создания устройств личного пользова-ния. Множество тому подтверждений можно найти на веб-портале сообще-ства пользователей StM32 Primer (www.stm32circle.com), где выложены описа-ния различных вариантов использо-вания StM32 Primer, в т.ч. в качестве игровой консоли, измерительного при-бора, часов и даже электрокардиографа. завершая разговор о поддержке про-ектирования, необходимо отметить, что, также как и Luminary, компания StM бесплатно предлагает библиотеки драй-веров модулей ввода/вывода, библио-теки поддержки тестов по стандарту IeC 60730 (класс Б) и библиотеки вектор-ного управления электродвигателями.

интересным фактом в истории микроконтроллеров StM32 является их позитивное восприятие китайским рынком — осенью 2008 г. по итогам голосования инженеров и решения жюри микроконтроллеры StM32 были признаны лучшей продукцией года в категории «Микропроцессоры и DSP», по версии журнала eDN China.

3. nXPоктябрь 2008 г. ознаменовался появле-

нием в группе Cortex-M3 первых 100-МГц Мк, когда компания NxP представила первую серию Cortex-M3 микроконтрол-леров LP1700 (см. табл. 2). помимо увели-ченного быстродействия, для Мк LPC1700 характерно применение многослойной шинной архитектуры, интеграция MAC-контроллера 10/100 ethernet, интерфейса USB (on-the-Go/Host и/или Device), опти-мизированного под управление электро-двигателем ШиМ-контроллера, интерфей-са квадратурного энкодера, стандартного набора последовательных интерфейсов (SPI, UArt, I2C, I2S), высокобыстродейству-ющего 12-разрядного аЦп и 10-разряд-ного Цап, двух интерфейсов CAN и т.д. подобного рода Мк существуют и в линей-ках Luminary и StM, однако все же можно выделить несколько особенностей, кото-рые обеспечивают продукции NxP неко-торые преимущества:

– выделение в статическом озУ двух областей с независимым досту-пом со стороны модулей ethernet, USB и DMA-контроллера;

– применение многослойной матрицы шин для повышения паралле-лизма при передаче внутренних пото-ков данных;

– более высокая степень интегра-ции последовательных интерфейсов (4×UArt, 2×SSP, 3×I2C);

– расширенная функциональность модулей UArt, в т.ч. дробная генера-ция скорости, поддержка IrDA, rS-485, модемного интерфейса, DMA и FIFo;

– эксклюзивная поддержка у одно-го из модулей I2C высокоскоростного режима Fast + (1 Мбит/с);

– интеграция микромощных часов реального времени с потребляемым током менее 1 мка и совместимость с напряжением литиевой батарейки;

– совместимость по расположению выводов с популярными микрокон-троллерами LPC2300 на основе ядра ArM7, что облегчит модернизацию существующих устройств, не требуя повторной разводки печатной платы.

справедливости ради нужно отме-тить, что по сравнению с StM32, микро-контроллеры LPC1700 рассчитаны на

работу в более узком диапазоне напря-жения питания (2,4…3,6 в).

Чтобы не отставать от конкурентов по ассортименту выпускаемых Мк, NxP дополнительно разработала серию более простых микроконтроллеров LPC1300 (см. табл. 3), которые были представлены в мае текущего года. они отличаются более низкой частотой син-хронизации (70 МГц), размещением в корпусе с меньшим числом выводов, сокращенным набором модулей ввода/вывода и объемом встроенных запо-минающих устройств. эти Мк примеча-тельны напряжением питания 1,8…3,6 в, удельным потреблением примерно 200 мка/МГц и совместимостью по рас-положению и назначению выводов с еще одной новинкой от NxP — семей-ством LPC1100. представители этого семейства являются единственными на данный момент Мк, выполненными на основе процессора Cortex-M0, который отличается от М3 более низким элек-тропотреблением.

4. ToShibaобъявление о доступности свое-

го первого Мк Cortex-M3 компания toshiba опубликовала в тот же день, что и NxP — 6 октября 2008 г. Главной

Таблица 2. Обзор семейства LPC1700 (NXP)

Наименование Флэш-память, Кбайт

SRAM, Кбайт Ethernet USB CAN I2S ЦАП Корпус

LPC1751 32 8 Нет Device 1 Нет Нет LQFP80

LPC1752 64 16 Нет Device 1 Нет Нет LQFP80

LPC1754 128 32 Нет Device/Host/OTG 1 Нет Есть LQFP80

LPC1756 256 32 Нет Device/Host/OTG 2 Есть Есть LQFP80

LPC1758 512 64 Есть Device/Host/OTG 2 Есть Есть LQFP80

LPC1764 128 32 Есть Device 2 Нет Нет LQFP100

LPC1765 256 64 Нет Device/Host/OTG 2 Есть Есть LQFP100

LPC1766 256 64 Есть Device/Host/OTG 2 Есть Есть LQFP100

LPC1768 512 64 Есть Device/Host/OTG 2 Есть Есть LQFP100

Рис. 1. Сравнение серий микроконтроллеров STM32

46

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

особенностью представленного Мк tMPM330FDFG стала его ориентация на цифровые аудио/видео-применения. для этого в него интегрированы интерфейс управления потребитель-ской электроникой HDMI-CeC и блок обработки сигналов дистанционного управления. наличие данных бло-ков исключает необходимость про-граммной реализации алгоритмов их работы и, как следствие, делает воз-можным более длительное нахожде-ние ЦпУ в дежурном режиме работы и снижение среднего потребляемого тока. tMPM330FDFG оснащен флэш-памятью 512 кбайт, которая выполнена по разработанной toshiba технологии Nano Flash. данная технология дела-ет возможным сочетание высокого быстродействия и малого электропо-требления флэш-памяти. в этом году запланирован выпуск еще двух анало-гичных Мк с меньшим объемом флэш-памяти, еще одного аналогичного Мк с меньшим числом выводов, двух Мк (tMPM370FYFG и tMPM370FYDFG) для управления электродвигателями (содержат аппаратный блок вектор-ного управления, трехфазные ШиМ-контроллеры, интерфейс квадратур-ного энкодера и т.д.) и еще одного продвинутого Мк (tMPM320C1DFG) с рекордно высокой для группы

Cortex-M3 частотой синхронизации ЦпУ (144 МГц) и встроенным высоко-скоростным (HS) хост-контроллером USB. все упомянутые Мк образуют еди-ное семейство tx03, а общая информа-ция по нему приведена в таблице 4.

5. energy microтак случилось, что компания texas

Instruments оказалась косвенно связан-ной еще с одним производителем Мк Cortex-M3. после успешного приобре-тения компанией texas Instruments в 2006 г. известного производителя эконо-мичных ис для ZigBee-применений — Chipcon, один из ее соучредителей и одновременно генеральный директор со своей командой разработчиков основал новое предприятие по выпу-ску микроконтроллеров — energy Micro (норвегия). понимая важность улучшения экологии, команда energy Micro сконцентрировала внимание на создании чрезвычайно энергоэффек-тивных Мк и при этом сделала выбор в пользу встраиваемого процессора Cortex-M3 от ArM в качестве основы для будущей продукции. детальные технические характеристики своих Мк energy Micro утвердила осенью 2008 г. тогда же она подписала лицензионное соглашение с ArM на использование процессора и IP-блоков некоторых

Таблица 4. Обзор семейства TX03 (Toshiba)

Наи

мен

ован

ие

Флэ

ш-п

амят

ь,

Кбай

т

RAM

, Кба

йт

Мак

с. ч

асто

та Ц

ПУ,

М

Гц

Нап

ряж

ение

пит

а-ни

я, В

USB

АЦ

П

16-р

азря

д. т

айм

ер/

ШИ

М

UA

RT

SSP

(SPI

/Mic

row

ire)

I2 C SIO

**

CEC

Пре

проц

ессо

р си

г-на

ла д

иста

нцио

н-но

го у

прав

лени

я

RTC

SD-х

ост

Корп

ус

TMPM332FWUG* 128 8 40 2,7…3,6 10 разряд., 8 кан., 1,15 мкс 10 2 2 4 1 1 LQFP64

TMPM330FDFG 512 32 40 2,7…3,6 10 разряд., 12 кан., 1,15 мкс 10 3 3 6 1 2 LQFP100

TMPM330FYFG* 256 16 40 2,7…3,6 10 разряд., 12 кан., 1,15 мкс 10 3 3 6 1 2 LQFP100

TMPM330FWFG* 128 8 40 2,7…3,6 10 разряд., 12 кан., 1,15 мкс 10 3 3 6 1 2 LQFP100

TMPM370FYFG* 256 10 80 4,5…5,5 2×12 разряд., 12+13 кан., 2 мкс 8 4 4 LQFP100

QFP100

TMPM370FYDFG* 256 10 80 4,5…5,5 2×12 разряд., 12+13 кан., 2 мкс 8 4 4 LQFP100

QFP100

TMPM320C1DFG* —320 (SRAM)

+1MБ (eDRAM)

144 1,1…1,3+ 3…3,3 HS Host 10 разряд.,

4 кан. 8/ 4 4 2 LQFP144

* В разработке. ** Опция модулей UART и I2C.

модулей ввода/вывода. заявление о доступности микроконтроллеров ожи-дается в ближайшее время.

заявка на ультранизкое электропо-требление сделана даже в самом назва-нии нового семейства — eFM32, (energy Friendly Microcontroller), а собственно «дружелюбность к энергии» вытекает из следующих возможностей eFM32:

– одно напряжение питания 1,8…3,8 в;

– пять режимов работы, в т.ч. energy Mode 3 с потребляемым током 0,3 мка (сохраняется состояние ЦпУ, Увв и озУ, работают некоторые Увв) и energy Mode 4 (полное отключение) с потребляемым током 0,1 мка;

– возобновление активной работы за 2 мкс;

– специальные сверхэкономичные модули ввода/вывода, в т.ч интерфейс LeUArt™ с потребляемым током менее 1 мка (в дополнение к обычным USArt и UArt) и таймер LetIMer™ с опцио-нальными импульсными выходами.

помимо этих особенностей, микро-контроллеры eFM32 отличает ряд дру-гих уникальных характеристик:

– наличие в некоторых Мк контрол-лера сегментного Жки;

– аппаратная поддержка крипто-графического протокола AeS-256;

– интеграция аналоговых компа-раторов с возможностью построения на их основе сенсорных средств ввода емкостного типа.

с прочими особенностями Мк eFM32 можно ознакомиться в таблице 5.

6. aTmeLнесмотря на намерения компании

Atmel запустить в серийное производ-

Таблица 3. Обзор семейства LPC1300 (NXP)

Наиме -нование

Флэш-память, Кбайт

SRAM, Кбайт USB UART

RS-485I2C/

Fast+SSP/SPI

Каналов АЦП Корпус

LPC1311 8 2 — 1 1 1 8 LQFP48, HVQFN33LPC1313 32 8 — 1 1 1 8 HVQFN33LPC1342 16 4 Device 1 1 1 8 LQFP48, HVQFN33LPC1343 32 8 Device 1 1 1 8 HVQFN33

Ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

47

электронные компоненты №7 2009

ство микроконтроллеры Cortex-M3 еще в конце прошлого года, официальное объявление об их доступности было сделано совсем недавно — в начале июня. как бы там ни было, доступность семейства Мк At91SAM3U является состоявшимся фактом, а Atmel стала шестой по счету компанией, выпускаю-щей микроконтроллеры Cortex-M3. на данный момент доступно 6 Мк с объ-емом флэш-памяти 64, 128 и 256 кбайт и в двух исполнениях: в базовом «C» с числом выводов 100 и в расширен-ном «e» с числом выводов 144 и повы-шенным числом встроенных модулей ввода/вывода (см. табл. 6).

Главной особенностью Мк At91SAM3U является интеграция в них нескольких высокоскоростных комму-никационных модулей, в т.ч.:

– высокоскоростных (480 Мбит/с) Device-контроллера и трансиве-ра USB 2.0 (буфер FIFo до 4 кбайт, до 7 конечных точек);

– высокоскоростного интерфейса HSMCI, предназначенного для подклю-чения разнообразных карт памяти по протоколам MMC (версии 4.3), SD (вер-сии 2.0), SDIo (версии 2.0) и Ce-AtA (вер-сии 1.1). когда этот интерфейс исполь-зуется в 8-битном режиме MMC 4.3,

его быстродействие может достигать 384 Мбит/с;

– интерфейса SPI с возможностью передачи на скорости до 48 Мбит/с.

для эффективной работы столь высокобыстродействующих интер-фейсов при минимальном участии ЦпУ в архитектуре Мк предпринят ряд улучшений. к их числу относят-ся пятислойная матрица шин, DMA-контроллер с 23 каналами и статиче-ское озУ, разделенное на три блока, каждый из которых может выступать в качестве независимого субъекта DMA-транзакции.

Мк At91SAM3U примечательны также возможностью работы при рекордно низком для группы Cortex-M3 напряже-нии — 1,62 в, а также интеграцией:

– 16 кбайт пзУ с запрограммиро-ванными в него процедурами програм-мирования флэш-памяти через интер-фейсы UArt и USB;

– очень маломощных часов реаль-ного времени (0,6 мка) с функциями календаря и будильника;

– до 4 USArt с поддержкой ISo7816, IrDA®, управления потоком, SPI и коди-рования Манчестер и одного UArt;

– опционального дифференциаль-ного усилительного каскада с програм-

Табл. 6. Обзор семейства AT91SAM3U (Atmel)

Наименова-ние

Флэш-память,

Кбайт

SRAM, Кбайт

Макс. частота

ЦПУ, МГц

16-раз-рядные тайме-

ры

ШИМ-контроллер

HS USB DEVICE USART

SPI/TWI/SSC

Интер-фейс

EBI

Каналы 10-разрядного

АЦП/частота дискретиза-

ции, МГц

Каналы 12-разрядного

АЦП/частота дискретиза-

ции, МГц

Корпус

AT91SAM3U1C 64 20 96 3 4 3 4/1/1 4/0,46 4/1 LQFP100, TFBGA100

AT91SAM3U2C 128 36 96 3 4 3 4/1/1 4/0,46 4/1 LQFP100, TFBGA100

AT91SAM3U4C 256 52 96 3 4 3 4/1/1 4/0,46 4/1 LQFP100, TFBGA100

AT91SAM3U1E 64 20 96 3 4 4 5/2/1 8/0,46 8/1 LQFP144, LFBGA144

AT91SAM3U2E 128 36 96 3 4 4 5/2/1 8/0,46 8/1 LQFP144, LFBGA144

AT91SAM3U4E 256 52 96 3 4 4 5/2/1 8/0,46 8/1 LQFP144, LFBGA144

Табл. 5. Обзор семейства EFM32 (EnergyMicro)

Наименование

Флэ

ш-п

амят

ь, К

байт

RAM

, Кба

йт

Мак

с. ч

асто

та Ц

ПУ,

М

Гц

Нап

ряж

ение

пи

тани

я, В

Коли

чест

во л

иний

вв

ода/

выво

да

LCD

USA

RT

UA

RT

LEU

ART

I2 C 16-р

азря

д. т

айм

ер

LETI

MER

RTC

12-р

азря

д. А

ЦП

12-р

азря

д. Ц

АП

EBI

Корп

ус

EFM32-2200F16/32/64-Q32 16/32/64 8/8/16 32 1,8…3,8 24 2 1 1 2 1 1 1 QFN32

EFM32-2210F128-Q32 128 16 32 1,8…3,8 24 2 1 1 2 1 1 1 QFN32

EFM32-2230F32/64/128-Q64 32/64/128 8/16/16 32 1,8…3,8 56 3 2 1 3 1 1 2 QFN64

EFM32-2640F32/64/128-Q64 32/64/128 8/16/16 32 1,8…3,8 56 4×24 3 2 1 3 1 1 2 QFN64

EFM32-2290F32/64/128-B112 EFM32-2280F32/64/128-T100 32/64/128 8/16/16 32 1,8…3,8 90

85 3 1 2 1 3 1 1 2 BGA112QFP100

EFM32-2690F32/64/128-B112 EFM32-2680F32/64/128-T100 32/64/128 8/16/16 32 1,8…3,8 90

85 4×40 3 1 2 1 3 1 1 2 BGA112QFP100

мируемым усилением на входе 12-бит-ного аЦп.

перечисленные особенности Мк At91SAM3U делают их применение идеальным в регистраторах данных, компьютерной периферии и пре-образователях высокоскоростных интерфейсов, например USB↔SDIo, USB↔SPI, USB↔eBI и т.д.

выводысделанный обзор показал, что, несмо-

тря на использование одного и того же процессора и даже при ориентации на одни те же области применения, микро-контроллеры разных производителей обладают набором уникальных преиму-ществ (встроенные модули, поддерж-ка проектирования). этот набор можно назвать своего рода ставкой произво-дителей на успешность их продукции в том или ином рыночном секторе.

Литература1. Староверов К.С. Микроконтроллеры

на основе ядра ARM Cortex M3//Новости электроники, №1, 2008. — с. 9–15.

2. Староверов К.С. Готовые решения на основе микроконтроллеров STM32//Новости электроники, №13, 2008. — с. 17—20.

48

ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

СемейСтва микроконтроллеров С ядром ARM

Производитель Дистрибьютор Семейство Тип ядра Производительность (тактовая частота)

Мощность потребления

ЗАО «ПКК Миландр» ЗАО «ПКК Миландр» 1986ВЕ91

Cortex-M3

128 Кбайт Flash

32 Кбайт ОЗУ

125 DMIPSТактовая частота до 80 МГц

50 мА в активном режиме2...50 мкА в различных режи-мах энергосбережения

Analog Devices«Автекс»«Аргуссофт»«Элтех»

ADuC702x

ARM7TDMI 41 MIPS (частота ядра до 44 МГц)

11 мА на частоте 5 МГц,40 мА на частоте 41,78 МГц,0,25мА в спящем режиме

Analog Devices«Автекс»«Аргуссофт»«Элтех»

ADuC703x

ARM7TDMI

20 MIPS (частота ядра до 20,5 МГц)

10 мА на частоте 10 МГц,20 мА на частоте 20 МГц,0,12 мА в спящем режиме

Analog Devices«Автекс»«Аргуссофт»«Элтех»

ADuC706x

ARM7TDMI

20 MIPS (частота ядра до 20,5 МГц)

2,8 мА на частоте 1,28 МГц10 мА на частоте 10 МГц0,12 мА в спящем режиме

Atmel Rainbow Technologies AT91x40xx ARM7TDMI 40…75 МГц, до 67 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91M42800A ARM7TDMI 33 МГц, 30 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91M55800A ARM7TDMI 33 МГц, 30 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91RM9200 ARM920T 180 МГц, 200 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7Ax ARM7TDMI 60 МГц, 54 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7Lxxx ARM7TDMI 36 МГц, 32 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7Sxxx ARM7TDMI 55 МГц, 50 MIPS

Типы интерфейсов Прочая периферия Рекомендуемое применение Примечания

USB, UART, SPI, I2C, внешняя системная шина до 32 раз-рядов, с поддержкой SRAM, NAND Flash

2 12-разрядных АЦП на 16 каналов, 2 12-разрядных ЦАП, компаратор, датчик температуры и опорного напряжения, контроль питания, батарейный домен с часами реального времени, 3 таймера с 4 каналами ШИМ/Захват

Спецтехника

Расширенный температур-ный диапазон −60…125°СПитание 2,0…3,6 ВКорпуса:144-, 108-, 88-, 64-, 48- и 42-выводные.

UART,2×I²C,SPI,до 40 портов общего назна-чения,JTAG

12-разрядный АЦП, 1 МГц с количеством каналов до 16,до 4 12-разрядных ЦАП,4 таймера,3-фазный 16-разрядный ШИМ,сторожевой таймер,монитор источника питания, источник опорного напря-жения,программируемая логическая матрица

Промышленное–40…125°Cкорпусаот 6×6 мм

UART,SPI,LIN 2.0,JTAG,9 портов общего назначения

2 16-разрядных сигма-дельта АЦП,3 таймера,сторожевой таймер,монитор источника питания, источник опорного напря-жения

Контроль работы автомобильного аккумулятора

Рабочая температура –40 ... 115°C,корпуса от 7×7 мм,питание 2,5 В,питание напрямую от 12-В батареи

UART,SPI, I²C,16-разрядный ШИМ,JTAG,до 16 портов общего назна-чения

2 24-разрядных сигма-дельта АЦП, частота ODR до 8 кГц,4 таймера,сторожевой таймер,монитор источника питания, источник опорного напря-жения

Промышленное, измерительные системырабочая температура –40...125°Cкорпуса от 5×5 мм,

1 External Bus Interface 2-Мбайт флэш-память, 2 USART, 3 16-разрядных таймера Малогабаритные устройства, внутри системные программи-руемые приложения

1 External Bus Interface 2 USART, 1 RTT, 2 SPI, 6 16-разрядных таймеровСистемы контроля, работающие в режиме реального време-ни; гибкие и недорогие решения для всех типов приложений, требущих большого объема вычистений

1 External Bus Interface 1 RTC, 10-разрадный АЦП на 8 каналов, 10-разрядный ЦАП на 2 канала, 3 USART, 1 SPI, 6 16-разрядных таймеров

Системы контроля, работающие в режиме реального време-ни; гибкие и недорогие решения для всех типов приложений с ультранизким потреблением мощности

1 Ethernet MAC 10/100, 2 FS USB Host, 1 FS USB Device, 1 External Bus Interface (SDRAM, CompactFlash, ECC NAND Flash)

1 RTC, 1 RTT, 4 USART, 1 DBGU, 1 SPI, 1 TWI, 3 SSC, 1 MCI, 6 16-разрядных таймеров, MMU

Приложения, требующие высокого быстродействия, такие как хост-процессоры в системах контроля и связи. Телематические системы для подключения приемников GPS и устройств GPRS. Промышленная автоматизация, медицин-ские системы, терминалы продаж

2 CAN, 1 FS USB Device256-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 10-разрадный АЦП на 16 каналов, 3 USART, 1 DBGU, 2 SPI, 1 TWI, 2 SSC, 1 MCI, 8 ШИМ, 9 16-разрядных таймеров

Встраиваемые промышленные приложения для контроля в реальном времени, использующие сети CAN. Медицинские системы, термографические принтеры, считыватели смарт-карт, «белые товары» (предметы домашнего обихода, покрытые белой эмалью)

64-...128-Кбайт флэш-память, контроллер LCD, 1 RTC, 10-разрядный АЦП на 4 канала, 2 USART, 1 SPI, 1 TWI, 4 ШИМ, 4 16-разрядных таймера

Устройства с батарейным питанием, калькуляторы, игрушки, пульты дистанционного управления, медицинское обо-рудование, аксессуары для мобильных телефонов, беспро-водные датчики, системы аварийной сигнализации, модули Bluetooth®, промышленный контроль, пульты управления, метеостанции

Серия ARM7 микроконтролле-ров с пониженным энергопо-треблением (100 нА в режиме power down) и встроенным контролером LCD

1 FS USB Device16-...512-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 2 USART, 1 SPI, 1 SSC, 1 TWI, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, 4 ШИМ, 3 16-раз-рядных таймера

Эффективные решения для широкого круга встраиваемых систем контроля, требующих высокого быстродействия и совместимости с USB. Системы аварийной сигнализации, аудиоплееры, модули Bluetooth®, модули GPS, системы про-мышленного контроля, пульты управления, медицинское оборудование, измерительные системы, аксессуары для мобильного телефона, термографические принтеры, системы дистанционного контроля, считыватели смарт-карт, игровые устройства, WMA-/MP3-плееры, USB-флэш, «белые товары», беспроводные датчики, метеостанции

Серия ARM7 микроконтрол-леров общего назначения

ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

49

электронные компоненты №7 2009

Производитель Дистрибьютор Семейство Тип ядра Производительность (тактовая частота)

Мощность потребления

ЗАО «ПКК Миландр» ЗАО «ПКК Миландр» 1986ВЕ91

Cortex-M3

128 Кбайт Flash

32 Кбайт ОЗУ

125 DMIPSТактовая частота до 80 МГц

50 мА в активном режиме2...50 мкА в различных режи-мах энергосбережения

Analog Devices«Автекс»«Аргуссофт»«Элтех»

ADuC702x

ARM7TDMI 41 MIPS (частота ядра до 44 МГц)

11 мА на частоте 5 МГц,40 мА на частоте 41,78 МГц,0,25мА в спящем режиме

Analog Devices«Автекс»«Аргуссофт»«Элтех»

ADuC703x

ARM7TDMI

20 MIPS (частота ядра до 20,5 МГц)

10 мА на частоте 10 МГц,20 мА на частоте 20 МГц,0,12 мА в спящем режиме

Analog Devices«Автекс»«Аргуссофт»«Элтех»

ADuC706x

ARM7TDMI

20 MIPS (частота ядра до 20,5 МГц)

2,8 мА на частоте 1,28 МГц10 мА на частоте 10 МГц0,12 мА в спящем режиме

Atmel Rainbow Technologies AT91x40xx ARM7TDMI 40…75 МГц, до 67 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91M42800A ARM7TDMI 33 МГц, 30 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91M55800A ARM7TDMI 33 МГц, 30 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91RM9200 ARM920T 180 МГц, 200 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7Ax ARM7TDMI 60 МГц, 54 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7Lxxx ARM7TDMI 36 МГц, 32 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7Sxxx ARM7TDMI 55 МГц, 50 MIPS

Типы интерфейсов Прочая периферия Рекомендуемое применение Примечания

USB, UART, SPI, I2C, внешняя системная шина до 32 раз-рядов, с поддержкой SRAM, NAND Flash

2 12-разрядных АЦП на 16 каналов, 2 12-разрядных ЦАП, компаратор, датчик температуры и опорного напряжения, контроль питания, батарейный домен с часами реального времени, 3 таймера с 4 каналами ШИМ/Захват

Спецтехника

Расширенный температур-ный диапазон −60…125°СПитание 2,0…3,6 ВКорпуса:144-, 108-, 88-, 64-, 48- и 42-выводные.

UART,2×I²C,SPI,до 40 портов общего назна-чения,JTAG

12-разрядный АЦП, 1 МГц с количеством каналов до 16,до 4 12-разрядных ЦАП,4 таймера,3-фазный 16-разрядный ШИМ,сторожевой таймер,монитор источника питания, источник опорного напря-жения,программируемая логическая матрица

Промышленное–40…125°Cкорпусаот 6×6 мм

UART,SPI,LIN 2.0,JTAG,9 портов общего назначения

2 16-разрядных сигма-дельта АЦП,3 таймера,сторожевой таймер,монитор источника питания, источник опорного напря-жения

Контроль работы автомобильного аккумулятора

Рабочая температура –40 ... 115°C,корпуса от 7×7 мм,питание 2,5 В,питание напрямую от 12-В батареи

UART,SPI, I²C,16-разрядный ШИМ,JTAG,до 16 портов общего назна-чения

2 24-разрядных сигма-дельта АЦП, частота ODR до 8 кГц,4 таймера,сторожевой таймер,монитор источника питания, источник опорного напря-жения

Промышленное, измерительные системырабочая температура –40...125°Cкорпуса от 5×5 мм,

1 External Bus Interface 2-Мбайт флэш-память, 2 USART, 3 16-разрядных таймера Малогабаритные устройства, внутри системные программи-руемые приложения

1 External Bus Interface 2 USART, 1 RTT, 2 SPI, 6 16-разрядных таймеровСистемы контроля, работающие в режиме реального време-ни; гибкие и недорогие решения для всех типов приложений, требущих большого объема вычистений

1 External Bus Interface 1 RTC, 10-разрадный АЦП на 8 каналов, 10-разрядный ЦАП на 2 канала, 3 USART, 1 SPI, 6 16-разрядных таймеров

Системы контроля, работающие в режиме реального време-ни; гибкие и недорогие решения для всех типов приложений с ультранизким потреблением мощности

1 Ethernet MAC 10/100, 2 FS USB Host, 1 FS USB Device, 1 External Bus Interface (SDRAM, CompactFlash, ECC NAND Flash)

1 RTC, 1 RTT, 4 USART, 1 DBGU, 1 SPI, 1 TWI, 3 SSC, 1 MCI, 6 16-разрядных таймеров, MMU

Приложения, требующие высокого быстродействия, такие как хост-процессоры в системах контроля и связи. Телематические системы для подключения приемников GPS и устройств GPRS. Промышленная автоматизация, медицин-ские системы, терминалы продаж

2 CAN, 1 FS USB Device256-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 10-разрадный АЦП на 16 каналов, 3 USART, 1 DBGU, 2 SPI, 1 TWI, 2 SSC, 1 MCI, 8 ШИМ, 9 16-разрядных таймеров

Встраиваемые промышленные приложения для контроля в реальном времени, использующие сети CAN. Медицинские системы, термографические принтеры, считыватели смарт-карт, «белые товары» (предметы домашнего обихода, покрытые белой эмалью)

64-...128-Кбайт флэш-память, контроллер LCD, 1 RTC, 10-разрядный АЦП на 4 канала, 2 USART, 1 SPI, 1 TWI, 4 ШИМ, 4 16-разрядных таймера

Устройства с батарейным питанием, калькуляторы, игрушки, пульты дистанционного управления, медицинское обо-рудование, аксессуары для мобильных телефонов, беспро-водные датчики, системы аварийной сигнализации, модули Bluetooth®, промышленный контроль, пульты управления, метеостанции

Серия ARM7 микроконтролле-ров с пониженным энергопо-треблением (100 нА в режиме power down) и встроенным контролером LCD

1 FS USB Device16-...512-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 2 USART, 1 SPI, 1 SSC, 1 TWI, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, 4 ШИМ, 3 16-раз-рядных таймера

Эффективные решения для широкого круга встраиваемых систем контроля, требующих высокого быстродействия и совместимости с USB. Системы аварийной сигнализации, аудиоплееры, модули Bluetooth®, модули GPS, системы про-мышленного контроля, пульты управления, медицинское оборудование, измерительные системы, аксессуары для мобильного телефона, термографические принтеры, системы дистанционного контроля, считыватели смарт-карт, игровые устройства, WMA-/MP3-плееры, USB-флэш, «белые товары», беспроводные датчики, метеостанции

Серия ARM7 микроконтрол-леров общего назначения

50

ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

Производитель Дистрибьютор Семейство Тип ядра Производительность (тактовая частота)

Мощность потребления

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7SExxx ARM7TDMI 48 МГц, 43 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7Xxxx ARM7TDMI 55 МГц, 50 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM9xxx ARM926EJ-S 210-400 МГц

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM9XExxx ARM926EJ-S 210 МГц

Atmel Rainbow Technologies ATSAM3Uxxx ARM Cortex M3 96 МГц

nuvoTon Rainbow Technologies NUC5xxx ARM7TDMI 108 МГц

Таблица. Семейства микроконтроллеров с ядром ARM (продолжение)

Типы интерфейсов Прочая периферия Рекомендуемое применение Примечания

1 External Bus Interface (SDRAM, CompactFlash, ECC NAND Flash), 1 FS USB Device

32-...512-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, 2 USART, 1 DBGU, 1 SPI, 1 TWI, 1 SSC, 4 ШИМ, 3 16-разрядных таймера

Эффективные решения для широкого круга встраиваемых систем контроля, требующих высокого быстродействия, совместимости с USB и внешних или накристальных модулей памяти. Системы аварийной сигнализации, аудиоплееры, модули Bluetooth®, модули GPS, системы промышленного контроля, пульты управления, медицинское оборудование, измерительные системы, аксессуары для мобильного теле-фона, термографические принтеры, системы дистанционного контроля, считыватели смарт-карт, игровые устройства, WMA-/MP3-плееры, USB-флэш, «белые товары», беспровод-ные датчики, метеостанции

Cерия ARM7 микроконтрол-леров с интерфейсом внеш-ней шины для подключения внешней памяти

1 Ethernet MAC 10/100, 1 FS USB Device, 1 CAN

128-...512-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 2 USART, 2 SPI, 1 SSC, 1 TWI, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, 4 ШИМ, 3 16-раз-рядных таймера

Встраиваемые промышленные приложения для контроля в реальном времени, требующие совместимости с интерфей-сами USB, Ethernet, CAN и ZigBee. Системы аварийной сигнализации, аудиоплееры, сетевые устройства Ethernet, модули GPS, системы промышленного контроля, пульты управления, медицинское оборудование, измерительные системы, термографические принтеры, счи-тыватели смарт-карт, телематические устройства, USB-флэш, «белые товары»

Серия ARM7 микроконтрол-леров с широким набором встроенных интерфейсов и периферийных устройств для гибкого и эффективного по стоимости решения задач встраиваемого управления, требующих передачи данных по каналу связи

1 Ethernet MAC 10/100 (опционально), Image Sensor Interface (опциональ-но), 2 FS USB Host (опцио-нально), 1 FS/HS USB Device, 1...2 External Bus Interface, CAN (опционально)

Контроллер ЖКИ (опционально), 1 RTC, 1-2 RTT, 10-раз-рядный АЦП на 3...6 каналов (опционально), 3...6 USART, 1 DBGU, 1...2 SPI, 1...2 TWI, 1-3 SSC, 1...2 MCI, 3...4 ШИМ (опционально), 3...6 16-разрядных таймера, MMU

Системы обработки изображения, такие как терминалы продаж, IP-камеры на основе Ethernet или считыватели штрих-кодов. Беспроводные наладонники с низким потреблением и высокой производительностью, такие как беспроводные системы оплаты. Продвинутые СнК-модули, например базовые процессоры GPS, которые требуют как высокой произвоодительности, так и высокой пропускной способности одновременно. Системы с ЖК-дисплеем, малопотребляющие быстродействующие устройства, например терминалы продаж, автоматические строительные системы, камеры видеонаблюдения, считыватели штрих-кодов. Встраиваемые сетевые устройства, от дисплеев на бытовой технике до систем промышленного контроля

Серия ARM9 микроконтрол-леров, широкий выбор раз-личных наборов встроенных интерфейсов и периферий-ных устройств

1 Ethernet MAC 10/100, Image Sensor Interface, 2 FS USB Host, 1 FS USB Device, 1 External Bus Interface

128-...512-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 4-канальный 10-раз-рядный АЦП, 5 USART, 1 DBGU, 2 SPI, 2 TWI, 1 SSC, 1 MCI, 6 16-разрядных таймеров, MMU

Системы обработки изображения, такие как терминалы про-даж, IP-камеры на основе Ethernet или считыватели штрих-ко-дов. Системы аварийной сигнализации, аудиоплееры, сетевые устройства Ethernet, системы промышленного контроля, M2M, программируемые логические контроллеры, считыватели смарт-карт, телематические устройства, USB-хост-контроллеры

Серия ARM9 микроконтрол-леров со встроенной флэш-памятью 128...512 Кбайт и широким набором встроен-ных интерфейсов и перифе-рийных устройств

1 External Bus Interface, 1 1 HS USB Device

64-...256-Кбайт флэш-память, 1 RTC, 1 RTT, 10-разрядный АЦП на 4...8 каналов, 12-разрядный АЦП на 4...8 каналов, 4...5 USART, 4...5 SPI, 1...2 TWI, 1 SSC, 1 MCI, 4 ШИМ, 3 16-раз-рядных таймера, MPU

Различные приложения на основе USB: системы сбора дан-ных, компьютерные периферийные устройства и все виды быстродействующих мостов (между USB и SDIO, USB и SPI, USB и External Bus Interface)

Новейшее семейство микроконтроллеров на базе архитектуры ARM Cortex M3 со встроенной флэш-памятью, контроллером USB High Speed и интерфейсом для подклю-чения внешней памяти

SpiMemory interface, 1 FS USB Device

1 RTC, 4 ШИМ, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, однока-нальный 16-разрядный ЦАП, 1...2 UART, 1 I2C, 2 SPI

Недорогие быстродействующие системы широкого назна-чения, например игровые устройства, развлекательные и обучающие роботы, бытовые приборы

Серия из двух недорогих и высокопроизводительных ARM7 микроконтроллеров с интерфейсом SpiMemory для подключения внешней памя-ти, поддерживающей SPI (SpiFlash, SpiROM и т.д.). Код во внешней памяти может быть защищен от копиро-вания 128-битным ключом, записываемым в One Time Programmable EPROM.

ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

51

электронные компоненты №7 2009

Производитель Дистрибьютор Семейство Тип ядра Производительность (тактовая частота)

Мощность потребления

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7SExxx ARM7TDMI 48 МГц, 43 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM7Xxxx ARM7TDMI 55 МГц, 50 MIPS

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM9xxx ARM926EJ-S 210-400 МГц

Atmel Rainbow Technologies AT91SAM9XExxx ARM926EJ-S 210 МГц

Atmel Rainbow Technologies ATSAM3Uxxx ARM Cortex M3 96 МГц

nuvoTon Rainbow Technologies NUC5xxx ARM7TDMI 108 МГц

Типы интерфейсов Прочая периферия Рекомендуемое применение Примечания

1 External Bus Interface (SDRAM, CompactFlash, ECC NAND Flash), 1 FS USB Device

32-...512-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, 2 USART, 1 DBGU, 1 SPI, 1 TWI, 1 SSC, 4 ШИМ, 3 16-разрядных таймера

Эффективные решения для широкого круга встраиваемых систем контроля, требующих высокого быстродействия, совместимости с USB и внешних или накристальных модулей памяти. Системы аварийной сигнализации, аудиоплееры, модули Bluetooth®, модули GPS, системы промышленного контроля, пульты управления, медицинское оборудование, измерительные системы, аксессуары для мобильного теле-фона, термографические принтеры, системы дистанционного контроля, считыватели смарт-карт, игровые устройства, WMA-/MP3-плееры, USB-флэш, «белые товары», беспровод-ные датчики, метеостанции

Cерия ARM7 микроконтрол-леров с интерфейсом внеш-ней шины для подключения внешней памяти

1 Ethernet MAC 10/100, 1 FS USB Device, 1 CAN

128-...512-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 2 USART, 2 SPI, 1 SSC, 1 TWI, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, 4 ШИМ, 3 16-раз-рядных таймера

Встраиваемые промышленные приложения для контроля в реальном времени, требующие совместимости с интерфей-сами USB, Ethernet, CAN и ZigBee. Системы аварийной сигнализации, аудиоплееры, сетевые устройства Ethernet, модули GPS, системы промышленного контроля, пульты управления, медицинское оборудование, измерительные системы, термографические принтеры, счи-тыватели смарт-карт, телематические устройства, USB-флэш, «белые товары»

Серия ARM7 микроконтрол-леров с широким набором встроенных интерфейсов и периферийных устройств для гибкого и эффективного по стоимости решения задач встраиваемого управления, требующих передачи данных по каналу связи

1 Ethernet MAC 10/100 (опционально), Image Sensor Interface (опциональ-но), 2 FS USB Host (опцио-нально), 1 FS/HS USB Device, 1...2 External Bus Interface, CAN (опционально)

Контроллер ЖКИ (опционально), 1 RTC, 1-2 RTT, 10-раз-рядный АЦП на 3...6 каналов (опционально), 3...6 USART, 1 DBGU, 1...2 SPI, 1...2 TWI, 1-3 SSC, 1...2 MCI, 3...4 ШИМ (опционально), 3...6 16-разрядных таймера, MMU

Системы обработки изображения, такие как терминалы продаж, IP-камеры на основе Ethernet или считыватели штрих-кодов. Беспроводные наладонники с низким потреблением и высокой производительностью, такие как беспроводные системы оплаты. Продвинутые СнК-модули, например базовые процессоры GPS, которые требуют как высокой произвоодительности, так и высокой пропускной способности одновременно. Системы с ЖК-дисплеем, малопотребляющие быстродействующие устройства, например терминалы продаж, автоматические строительные системы, камеры видеонаблюдения, считыватели штрих-кодов. Встраиваемые сетевые устройства, от дисплеев на бытовой технике до систем промышленного контроля

Серия ARM9 микроконтрол-леров, широкий выбор раз-личных наборов встроенных интерфейсов и периферий-ных устройств

1 Ethernet MAC 10/100, Image Sensor Interface, 2 FS USB Host, 1 FS USB Device, 1 External Bus Interface

128-...512-Кбайт флэш-память, 1 RTT, 4-канальный 10-раз-рядный АЦП, 5 USART, 1 DBGU, 2 SPI, 2 TWI, 1 SSC, 1 MCI, 6 16-разрядных таймеров, MMU

Системы обработки изображения, такие как терминалы про-даж, IP-камеры на основе Ethernet или считыватели штрих-ко-дов. Системы аварийной сигнализации, аудиоплееры, сетевые устройства Ethernet, системы промышленного контроля, M2M, программируемые логические контроллеры, считыватели смарт-карт, телематические устройства, USB-хост-контроллеры

Серия ARM9 микроконтрол-леров со встроенной флэш-памятью 128...512 Кбайт и широким набором встроен-ных интерфейсов и перифе-рийных устройств

1 External Bus Interface, 1 1 HS USB Device

64-...256-Кбайт флэш-память, 1 RTC, 1 RTT, 10-разрядный АЦП на 4...8 каналов, 12-разрядный АЦП на 4...8 каналов, 4...5 USART, 4...5 SPI, 1...2 TWI, 1 SSC, 1 MCI, 4 ШИМ, 3 16-раз-рядных таймера, MPU

Различные приложения на основе USB: системы сбора дан-ных, компьютерные периферийные устройства и все виды быстродействующих мостов (между USB и SDIO, USB и SPI, USB и External Bus Interface)

Новейшее семейство микроконтроллеров на базе архитектуры ARM Cortex M3 со встроенной флэш-памятью, контроллером USB High Speed и интерфейсом для подклю-чения внешней памяти

SpiMemory interface, 1 FS USB Device

1 RTC, 4 ШИМ, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, однока-нальный 16-разрядный ЦАП, 1...2 UART, 1 I2C, 2 SPI

Недорогие быстродействующие системы широкого назна-чения, например игровые устройства, развлекательные и обучающие роботы, бытовые приборы

Серия из двух недорогих и высокопроизводительных ARM7 микроконтроллеров с интерфейсом SpiMemory для подключения внешней памя-ти, поддерживающей SPI (SpiFlash, SpiROM и т.д.). Код во внешней памяти может быть защищен от копиро-вания 128-битным ключом, записываемым в One Time Programmable EPROM.

52

ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

Производитель Дистрибьютор Семейство Тип ядра Производительность (тактовая частота)

Мощность потребления

nuvoTon Rainbow Technologies NUC7xxx ARM7TDMI 80...96 МГц

nuvoTon Rainbow Technologies NUC9xxx ARM926EJ-S 144...200 МГц

NXP «Радиоэлектроника» LPC23/24 ARM7TDMI-S 72 МГц

NXP «Радиоэлектроника» LPC17xx Cortex M3 (Rev 2) 100 МГц

NXP «Авнет», Arrow, «Компэл», «Гамма», Vissa, «МТ-Систем» LPC1000 Cortex-M3 ver2,

Cortex-M0 126 MIPS на частоте 100 МГц 7...42 мА в активном режиме, 0,0005 мА в спящем режиме

NXP «Авнет», Arrow, «Компэл», «Гамма», Vissa, «МТ-Систем» LPC2000 ARM7TDMI,

ARM968E80 MIPS на частоте 72 МГц (ARM7),137 MIPS на частоте 125 МГц (ARM9),

15...125 мА в активном режиме, 0,04...0,5 мА в спящем режиме

NXP «Авнет», Arrow, «Компэл», «Гамма», Vissa, «МТ-Систем» LPC3000 ARM926EJS 293 MIPS на частоте 266 МГц 80 мА в активном режиме,

0,5 мА в спящем режиме

Samsung Semiconductors «МТ-Систем» S3C24xx ARM926EJ 266, 400, 533 МГц максимум 360 мВт на 400 МГц

Samsung Semiconductors «МТ-Систем» S3C64xx ARM11JZF-S 533, 667 МГц

Samsung Semiconductors «МТ-Систем» S5PC100 Cortex™-A8 667, 833 МГц

STMicroelectronics «ПетроИнТрейд», «Компэл» STM32 Cortex-M3 (ARM v7M) 90 MIPS на частоте 72 МГц 100 мВт в активном режиме, 7 мкВт в спящем режиме

Таблица. Семейства микроконтроллеров с ядром ARM (продолжение)

Типы интерфейсов Прочая периферия Рекомендуемое применение Примечания

External Bus Interface, 1—2 Ethernet MAC 10/100, 1—2 FS USB Host, 1 FS USB Device, Image Sensor Interface (опционально)

Контроллер LCD (опционально), RTC, 4—17 ШИМ, 10-раз-рядный АЦП на 8—13 каналов, одноканальный 16-раз-рядный сигма-дельта АЦП (опционально),16-разрядный ЦАП на 1—2 канала, 1—4 UART, 1—2 I2C, 1 SPI, 1 I2S, 1 PS/2 (опционально)

Терминалы продаж и кассовые аппараты, интерфейсы «человек-машина», системы сбора данных, игровые устрой-ства, развлекательные и обучающие роботы, бытовые при-боры, свичи Ethernet, панели управления для систем обмена данными или телекоммуникационных систем, сервер досту-па к принтерам, а также другие приложения, где требуется быстродействующий и недорогой процессор

Серия высокопроизводи-тельных ARM7 микроконтро-леров общего назначения с широким выбором раз-личных наборов встроенных интерфейсов и периферий-ных устройств

External Bus Interface, 1 Ethernet MAC 10/100, 1—2 HS/FS USB Host, 1 HS/FS USB Device, Image Sensor Interface (опционально)

Контроллер LCD (опционально), кодеки Jpeg и MP4 (опцио-нально), RTC, 2—4 ШИМ, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, контроллер Touch Screen (опционально), 16-разрядный ЦАП на 2 канала (опционально), 1—5 UART, 1—2 I2C, 1...H272 SPI, 1 I2S, 2 PS/2 (опционально)

Терминалы продаж, интерфейсы «человек-машина», панели управления для систем обмена данными или телекоммуни-кационных систем, персональные сетевые системы хранения данных, медиаадаптеры, DVR- и телекоммуникационные системы, IP-камеры видеонаблюдения, портативные видео рекодеры, переносные медиаплееры, IP-камеры для робо-тов, системы цифровой видеозаписи в автомобиле, Wi-Fi IP-камеры, DPF, игровые устройства, развлекательные и обу-чающие роботы, бытовые приборы, свичи Ethernet, серверы доступа к принтерам, интернет-радио, устройства отображе-ния бегущей строки, системы управления коммутаторами, шлюзы VoIP, IAD- и телекоммуникационные системы, а также другие приложения, где требуется высокопроизводительный и недорогой процессор

Серия высокопроизводитель-ных ARM9 микропроцессоров с широким выбором раз-личных наборов встроенных интерфейсов и периферий-ных устройств

Ethernet 10/100 MAC, 2 CAN, USB HOST DEVICE OTG, 4 UART, 3 I2C, 2 LIN, SPI, 2 SSP, I2S, SD/MMC

10-разрядный АЦП на 8 каналов, 10-разрядный ЦАП, 6 тай-меров, 6/12 каналов ШИМ, XGA контроллер LCD, 32-раз-рядная внешняя шина

Промышленная автоматизация, преобразователи интер-фейсов, управление двигателями, медицинская техника, автомобильные приложения

LQFP208, LQFP144LQFP100, TFBGA208, TFBGA180, TFBGA100

Ethernet 10/100 MAC, 2 CAN, USB HOST DEVICE OTG, 4 UART, 3 I2C, SPI, 2 SSP, I2S,

12-разрядный АЦП на 8 каналов, 10-разрядный ЦАП, 6 тай-меров, 6 каналов ШИМ, квадратичный энкодер

Промышленная автоматизация, преобразователи интерфейсов, управление двигателями, медицинская техника, автомобильные приложения

LQFP100, LQFP80

Ethernet, CAN, USB, UART, I2C, I2S, SSI, SSP

12-разрядный АЦП, 10-разрядный ЦАПШИМ Индустриальное

Ethernet, CAN, USB, UART, I2C, I2S, SSI, SSP, LCD

10-разрядный АЦП, 10-разрядный ЦАПШИМ Индустриальное

Ethernet, CAN, HiSp USB, UART, I2C, I2S, SSI, SSP, LCD

10-разрядный АЦП, 10-разрядный ЦАПШИМ, MMC, SDHC, SDIO, CE-ATA, монитор заряда батареи, AES, усилитель класса АВ

Индустриальное

USB HOST, DEVICE, 2xHS-MMC/SDHC, 2xHS-SPI, IrDA, 4xUART, 2xI2C, 24-bit 2xI2S, 2xPCM, AC97, TFT-интерфейс, CF 3.0/ATA6, Camera Controller, NAND/mDDR/DDR2/OneNAND/NOR и т.д.

12-разрядный АЦП, 10 каналов, RTC, PWM, WDT, 8xDMAПереносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства

2D Graphics, CSC&Scaler

USB HOST, OTG, HS-MMC/SDHC, 2xHS-SPI, IrDA, 4xUART, 2xI2C, 24-bit 2xI2S, 2xPCM, AC97, TFT-интерфейс, CF 3.0/ATA6, NAND/mDDR/DDR/OneNAND/NOR и т.д.

12-разрядный АЦП, 8 каналов, RTC, PWM, WDT, 32xDMA, Keypad (8x8)

Переносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства, видеокамеры, бортовые развлекательные системы, телевизионные при-ставки, видеофоны, преобразователи видеоизображения

Camera Controller 4MP, Multi Format CODEC (H.264/MPEG4/VC1), NTSC, PAL TV out (+ Image Enhancement), JPEG codec, 2D Graphics Engine, 3D Graphics Engine (4M, FIMG-3DSE V1.5), Standalone Rotator and Posr Processor

USB HOST, OTG, 3xHS-MMC/SDHC, 3xHS-SPI, IrDA, 4xUART, 2xI2C, 24-bit 3xI2S, 2xPCM, AC97, TFT-интерфейс, CF 3.0/ATA6, S/PDIF, MIPI-HIS/MODEM I/F, 2xCAN, NAND/mDDR2/DDR2/OneNAND/NOR и т.д.

12-разрядный АЦП, 10 каналов, RTC, PWM, WDT, 24xDMA, Keypad (8x8)

Переносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства, видеокамеры, бортовые развлекательные системы, телевизионные при-ставки, видеофоны, преобразователи видеоизображения

Camera IF / CSI-2, 720p 30fps MFC [Codec - H.263/H.264/MPEG4, Decoder - MPEG2/VC-1/DIVx], 3D Graphic Engine, 2D Graphic Engine, NTSC, PAL TV out (MIPI DSI/HDMI), JPEG CODEC, L2 Cache 256KB

Ethernet MAC и PHY, 2 CAN, USB OTG, 5 UART, 2 I2C, 3 SPI, FSMC, SDIO, I2S

3 12-разрядных АЦП, 2 12-разрядных ЦАП, 12 выходов рас-ширенного ШИМ, 4 входа датчика положения, контроллер DMA, CRC-блок, датчик температуры.

Охранно-пожарные системы, приложения с батарейным питанием, управление электродвигателями, торговое обо-рудование, промышленные коммуникации, цифровые источники питания, системы видеосвязи, счетчики электро-энергии, интерфейсы пользователя, домашние аудиосисте-мы, медицинское оборудование

Широкая номенклатура в се- мействе. Низкая цена. Одно-временная работа USB OTG- и CAN-интерфейсов. Бесплатные библиотеки для разработки USB-, TCP/IP-приложений, век тор ного управления элек-тро двигателями, построения сенсорных ин тер фейсов, голо-сового кодека, DSP-функ ций, криптошифрования, быстрый и качественный АЦП

ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

53

электронные компоненты №7 2009

Производитель Дистрибьютор Семейство Тип ядра Производительность (тактовая частота)

Мощность потребления

nuvoTon Rainbow Technologies NUC7xxx ARM7TDMI 80...96 МГц

nuvoTon Rainbow Technologies NUC9xxx ARM926EJ-S 144...200 МГц

NXP «Радиоэлектроника» LPC23/24 ARM7TDMI-S 72 МГц

NXP «Радиоэлектроника» LPC17xx Cortex M3 (Rev 2) 100 МГц

NXP «Авнет», Arrow, «Компэл», «Гамма», Vissa, «МТ-Систем» LPC1000 Cortex-M3 ver2,

Cortex-M0 126 MIPS на частоте 100 МГц 7...42 мА в активном режиме, 0,0005 мА в спящем режиме

NXP «Авнет», Arrow, «Компэл», «Гамма», Vissa, «МТ-Систем» LPC2000 ARM7TDMI,

ARM968E80 MIPS на частоте 72 МГц (ARM7),137 MIPS на частоте 125 МГц (ARM9),

15...125 мА в активном режиме, 0,04...0,5 мА в спящем режиме

NXP «Авнет», Arrow, «Компэл», «Гамма», Vissa, «МТ-Систем» LPC3000 ARM926EJS 293 MIPS на частоте 266 МГц 80 мА в активном режиме,

0,5 мА в спящем режиме

Samsung Semiconductors «МТ-Систем» S3C24xx ARM926EJ 266, 400, 533 МГц максимум 360 мВт на 400 МГц

Samsung Semiconductors «МТ-Систем» S3C64xx ARM11JZF-S 533, 667 МГц

Samsung Semiconductors «МТ-Систем» S5PC100 Cortex™-A8 667, 833 МГц

STMicroelectronics «ПетроИнТрейд», «Компэл» STM32 Cortex-M3 (ARM v7M) 90 MIPS на частоте 72 МГц 100 мВт в активном режиме, 7 мкВт в спящем режиме

Типы интерфейсов Прочая периферия Рекомендуемое применение Примечания

External Bus Interface, 1—2 Ethernet MAC 10/100, 1—2 FS USB Host, 1 FS USB Device, Image Sensor Interface (опционально)

Контроллер LCD (опционально), RTC, 4—17 ШИМ, 10-раз-рядный АЦП на 8—13 каналов, одноканальный 16-раз-рядный сигма-дельта АЦП (опционально),16-разрядный ЦАП на 1—2 канала, 1—4 UART, 1—2 I2C, 1 SPI, 1 I2S, 1 PS/2 (опционально)

Терминалы продаж и кассовые аппараты, интерфейсы «человек-машина», системы сбора данных, игровые устрой-ства, развлекательные и обучающие роботы, бытовые при-боры, свичи Ethernet, панели управления для систем обмена данными или телекоммуникационных систем, сервер досту-па к принтерам, а также другие приложения, где требуется быстродействующий и недорогой процессор

Серия высокопроизводи-тельных ARM7 микроконтро-леров общего назначения с широким выбором раз-личных наборов встроенных интерфейсов и периферий-ных устройств

External Bus Interface, 1 Ethernet MAC 10/100, 1—2 HS/FS USB Host, 1 HS/FS USB Device, Image Sensor Interface (опционально)

Контроллер LCD (опционально), кодеки Jpeg и MP4 (опцио-нально), RTC, 2—4 ШИМ, 10-разрядный АЦП на 8 каналов, контроллер Touch Screen (опционально), 16-разрядный ЦАП на 2 канала (опционально), 1—5 UART, 1—2 I2C, 1...H272 SPI, 1 I2S, 2 PS/2 (опционально)

Терминалы продаж, интерфейсы «человек-машина», панели управления для систем обмена данными или телекоммуни-кационных систем, персональные сетевые системы хранения данных, медиаадаптеры, DVR- и телекоммуникационные системы, IP-камеры видеонаблюдения, портативные видео рекодеры, переносные медиаплееры, IP-камеры для робо-тов, системы цифровой видеозаписи в автомобиле, Wi-Fi IP-камеры, DPF, игровые устройства, развлекательные и обу-чающие роботы, бытовые приборы, свичи Ethernet, серверы доступа к принтерам, интернет-радио, устройства отображе-ния бегущей строки, системы управления коммутаторами, шлюзы VoIP, IAD- и телекоммуникационные системы, а также другие приложения, где требуется высокопроизводительный и недорогой процессор

Серия высокопроизводитель-ных ARM9 микропроцессоров с широким выбором раз-личных наборов встроенных интерфейсов и периферий-ных устройств

Ethernet 10/100 MAC, 2 CAN, USB HOST DEVICE OTG, 4 UART, 3 I2C, 2 LIN, SPI, 2 SSP, I2S, SD/MMC

10-разрядный АЦП на 8 каналов, 10-разрядный ЦАП, 6 тай-меров, 6/12 каналов ШИМ, XGA контроллер LCD, 32-раз-рядная внешняя шина

Промышленная автоматизация, преобразователи интер-фейсов, управление двигателями, медицинская техника, автомобильные приложения

LQFP208, LQFP144LQFP100, TFBGA208, TFBGA180, TFBGA100

Ethernet 10/100 MAC, 2 CAN, USB HOST DEVICE OTG, 4 UART, 3 I2C, SPI, 2 SSP, I2S,

12-разрядный АЦП на 8 каналов, 10-разрядный ЦАП, 6 тай-меров, 6 каналов ШИМ, квадратичный энкодер

Промышленная автоматизация, преобразователи интерфейсов, управление двигателями, медицинская техника, автомобильные приложения

LQFP100, LQFP80

Ethernet, CAN, USB, UART, I2C, I2S, SSI, SSP

12-разрядный АЦП, 10-разрядный ЦАПШИМ Индустриальное

Ethernet, CAN, USB, UART, I2C, I2S, SSI, SSP, LCD

10-разрядный АЦП, 10-разрядный ЦАПШИМ Индустриальное

Ethernet, CAN, HiSp USB, UART, I2C, I2S, SSI, SSP, LCD

10-разрядный АЦП, 10-разрядный ЦАПШИМ, MMC, SDHC, SDIO, CE-ATA, монитор заряда батареи, AES, усилитель класса АВ

Индустриальное

USB HOST, DEVICE, 2xHS-MMC/SDHC, 2xHS-SPI, IrDA, 4xUART, 2xI2C, 24-bit 2xI2S, 2xPCM, AC97, TFT-интерфейс, CF 3.0/ATA6, Camera Controller, NAND/mDDR/DDR2/OneNAND/NOR и т.д.

12-разрядный АЦП, 10 каналов, RTC, PWM, WDT, 8xDMAПереносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства

2D Graphics, CSC&Scaler

USB HOST, OTG, HS-MMC/SDHC, 2xHS-SPI, IrDA, 4xUART, 2xI2C, 24-bit 2xI2S, 2xPCM, AC97, TFT-интерфейс, CF 3.0/ATA6, NAND/mDDR/DDR/OneNAND/NOR и т.д.

12-разрядный АЦП, 8 каналов, RTC, PWM, WDT, 32xDMA, Keypad (8x8)

Переносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства, видеокамеры, бортовые развлекательные системы, телевизионные при-ставки, видеофоны, преобразователи видеоизображения

Camera Controller 4MP, Multi Format CODEC (H.264/MPEG4/VC1), NTSC, PAL TV out (+ Image Enhancement), JPEG codec, 2D Graphics Engine, 3D Graphics Engine (4M, FIMG-3DSE V1.5), Standalone Rotator and Posr Processor

USB HOST, OTG, 3xHS-MMC/SDHC, 3xHS-SPI, IrDA, 4xUART, 2xI2C, 24-bit 3xI2S, 2xPCM, AC97, TFT-интерфейс, CF 3.0/ATA6, S/PDIF, MIPI-HIS/MODEM I/F, 2xCAN, NAND/mDDR2/DDR2/OneNAND/NOR и т.д.

12-разрядный АЦП, 10 каналов, RTC, PWM, WDT, 24xDMA, Keypad (8x8)

Переносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства, видеокамеры, бортовые развлекательные системы, телевизионные при-ставки, видеофоны, преобразователи видеоизображения

Camera IF / CSI-2, 720p 30fps MFC [Codec - H.263/H.264/MPEG4, Decoder - MPEG2/VC-1/DIVx], 3D Graphic Engine, 2D Graphic Engine, NTSC, PAL TV out (MIPI DSI/HDMI), JPEG CODEC, L2 Cache 256KB

Ethernet MAC и PHY, 2 CAN, USB OTG, 5 UART, 2 I2C, 3 SPI, FSMC, SDIO, I2S

3 12-разрядных АЦП, 2 12-разрядных ЦАП, 12 выходов рас-ширенного ШИМ, 4 входа датчика положения, контроллер DMA, CRC-блок, датчик температуры.

Охранно-пожарные системы, приложения с батарейным питанием, управление электродвигателями, торговое обо-рудование, промышленные коммуникации, цифровые источники питания, системы видеосвязи, счетчики электро-энергии, интерфейсы пользователя, домашние аудиосисте-мы, медицинское оборудование

Широкая номенклатура в се- мействе. Низкая цена. Одно-временная работа USB OTG- и CAN-интерфейсов. Бесплатные библиотеки для разработки USB-, TCP/IP-приложений, век тор ного управления элек-тро двигателями, построения сенсорных ин тер фейсов, голо-сового кодека, DSP-функ ций, криптошифрования, быстрый и качественный АЦП

54

ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

www.elcp.ru

Производитель Дистрибьютор Семейство Тип ядраПроизводи-

тельность (так-товая частота)

Мощность потребления

Texas Instruments (Luminary Micro) Stellaris Cortex-M3 (ARM v7M) 125 MIPS на частоте

100 МГц198 мВт в активном режиме, 33 мкВт в спящем режиме

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» Stellaris M3 Cortex-M3 100 МГц

60 мА в активном режиме без Ethernet,80 мА в активном режиме c Ethernet,8 мА в спящем режиме,600 мкА в режиме глубокого сна,10 мкА в режиме гибернации

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» DM35x ARM9 + Video Accelerator 135, 216, 270 МГц 190...F79230 мВт на частоте 216 МГц,

~3,7 мВт в режиме глубокого сна

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» OMAP3503/15 Cortex-A8 + Graphics Accelerator 600 МГц

OMAP3503:~510 мВт на частоте 600 МГц ,~110 мВт на частоте 125 МГц, ~2,5 мВт в режиме ожидания, ~0,5 мВт в отключенном состоянииOMAP3515: ~630 мВт на частоте 600 МГц, ~220 мВт на частоте 125 МГц,~2,5 мВт в режиме ожидания, ~0,5 мВт в отключенном состоянии

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» OMAP-L10x ARM9 300 МГц ~180 мВт на частоте 300 МГц, ~12 мВт в режиме Idle slow,~7 мВт в режиме глубокого сна

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» DM644xARM9 Plus C64x+™ DSP + Video Processing Subsystem

До 300 МГц ARM, до 594 МГц DSP

DM6441:~1 Вт на частоте 600 МГц,~170 мВт в режиме ожидания,~60 мВт в отключенном состоянииDM6446:~1,2 Вт на частоте 600 МГц,~300 мВт в режиме ожидания,~60 мВт в отключенном состоянии

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» OMAP3525/30Cortex™-A8 Plus Graphics + IVA (C64x+ DSP + Accelerators

До 600 МГц ARM, до 430 МГц DSP

OMAP3525:~790 мВт на частоте 600 МГц,~170 мВт на частоте 125 МГц,~2,5 мВт в режиме ожидания, ~0,5 мВт в отключенном состоянииOMAP3530:~900 мВт на частоте 600 МГц,~280 мВт на частоте 125 МГц,~2,5 мВт в режиме ожидания, ~0,5 мВт в отключенном состоянии

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» OMAP-L13x ARM9 Plus C674x Fixed/ Floating-Point DSP

До 300 МГц ARM, до 300 МГц C674x DSP

~500 мВт на частоте 300 МГц, ~62 мВт в режиме ожидания

Texas Instruments «Радиоэлектроника» TMS470 ARM7TDMI® 48, 60 МГц

Texas Instruments «Радиоэлектроника» Stellaris Cortex M3 20, 25, 50, 80, 100 МГц

Таблица. Семейства микроконтроллеров с ядром ARM (окончание)

Типы интерфейсов Прочая периферия Рекомендуемое применение Примечания

Ethernet MAC и PHY, 3 CAN, USB OTG, 3 UART, 2 I2C, 2 SPI, I2S, EPI

2 10-разрядных АЦП, 3 аналоговых компаратора, 8 выходов расширенного ШИМ, 2 входа датчика положения, контрол-лер DMA, CRC-блок, датчик температуры.

Автоматика зданий и производств, охранно-пожарные системы, торговое оборудование, системы контроля дви-жения, игровые устройства, портативное медицинское оборудование

Широкая номенклатура в семействе. Аппаратная библиотека и AES-таблицы в ПЗУ, поддержка динамиче-ской памяти

Ethernet MAC+PHY, CAN, USB Full Speed H/D/OTG, UART, I2C, I2S, EPI

2 10-разрядных АЦП на 8 каналов, 1 MSPS, компараторы, датчик температуры, 8 выходов ШИМ, 2 входа квадратур-ного кодера

Универсальный контроллер общего назначения. Управление двигателями. Цифровые источники питания

До 256 Кбайт флэш-памяти, 96 Кбайт SRAM, ОЗУ реально-го времени

2 USB, последовательный порт, ШИМ, SDIO, SPI, DDR2

Камеры Video IP, бортовые развлекательные системы, видео-фоны, цифровые фоторамки

MPEG-4 SXVGA, кодер/декодер 30 кадров в секунду JPEG 75 млн пикселов в секунду

USB Host, USB OTG, SPI, SDIO, поддержка LPDDR, система обработки видео

Переносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства

Кодер/декодер 24/30 кадров в секунду H.264 BP D1 кодер/декодер 12/30 кадров в секунду

USB 2.0 OTG, USB 1.1 FS, 10/100 Ethernet, SATA, LCD Controller

Переносные аудиоустройства, переносные системы связиMP3, AAC, WMA и кодек с программным подавлением акустического эхо

USB 2.0, Ethernet, VPSS, MMC/SD, ATA, PCI

Видеокамеры, бортовые развлекательные системы, теле-визионные приставки, видеофоны, преобразователи видео-изображения

H.264 D1/Encode (DM644x)HD 720p H.264 BP Encode HD 1080i/p H.264 HP@L4 Decode (DM646x)

USB Host, USB OTG, SPI, SDIO, поддержка LPDDR, система обработки видео

Переносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства

3D-графика с возмож-ностью обрабатывать до 10 млн полигонов в секун-ду, MPEG-4 D1кодер/декодер 24/30 кадров в секунду H.264 BP D1 1кодер/деко-дер 12/30 кадров в секунду

USB 2.0 Host/Client/OTG, 10/100 Ethernet, контроллер LCD, MMC/SD, SATA, универ-сальный параллельный порт

Профессиональная обработка аудио, музыкальные инстру-менты, микшеры, системы контроля, системы анализа изо-бражения, радиолокаторы

До 1800 млн операций с плавающей точкой в секунду+J60

SPI, I2C, SCI, CAN, C2SI До 32 каналов таймеров, 10-разрядный АЦП с количеством каналов до 16

Промышленная автоматизация, медицинская техника, авто-мобильные приложения LQFP144, LQFP100, LQFP80

Ethernet 10/100 MAC/PHY, CAN, USB HOST DEVICE OTG, UART, I2C, SPI, SSP, I2S, IEEE 1588

10-разрядный АЦП на 8 каналов, 10-разрядный ЦАП, до 4-х таймеров, до 8 каналов ШИМ, квадратурный кодер

Микромощные и низкозатратные приложения: управление движением;системы управления для зданий и сооружений;сетевые устройства и коммуникаторы;медицинские приборы и игровое оборудование

LQFP100, LQFP64,LQFP48,SOIC28

ми

кр

ок

он

тр

ол

ле

ры

и D

SP

55

электронные компоненты №7 2009

Производитель Дистрибьютор Семейство Тип ядраПроизводи-

тельность (так-товая частота)

Мощность потребления

Texas Instruments (Luminary Micro) Stellaris Cortex-M3 (ARM v7M) 125 MIPS на частоте

100 МГц198 мВт в активном режиме, 33 мкВт в спящем режиме

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» Stellaris M3 Cortex-M3 100 МГц

60 мА в активном режиме без Ethernet,80 мА в активном режиме c Ethernet,8 мА в спящем режиме,600 мкА в режиме глубокого сна,10 мкА в режиме гибернации

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» DM35x ARM9 + Video Accelerator 135, 216, 270 МГц 190...F79230 мВт на частоте 216 МГц,

~3,7 мВт в режиме глубокого сна

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» OMAP3503/15 Cortex-A8 + Graphics Accelerator 600 МГц

OMAP3503:~510 мВт на частоте 600 МГц ,~110 мВт на частоте 125 МГц, ~2,5 мВт в режиме ожидания, ~0,5 мВт в отключенном состоянииOMAP3515: ~630 мВт на частоте 600 МГц, ~220 мВт на частоте 125 МГц,~2,5 мВт в режиме ожидания, ~0,5 мВт в отключенном состоянии

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» OMAP-L10x ARM9 300 МГц ~180 мВт на частоте 300 МГц, ~12 мВт в режиме Idle slow,~7 мВт в режиме глубокого сна

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» DM644xARM9 Plus C64x+™ DSP + Video Processing Subsystem

До 300 МГц ARM, до 594 МГц DSP

DM6441:~1 Вт на частоте 600 МГц,~170 мВт в режиме ожидания,~60 мВт в отключенном состоянииDM6446:~1,2 Вт на частоте 600 МГц,~300 мВт в режиме ожидания,~60 мВт в отключенном состоянии

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» OMAP3525/30Cortex™-A8 Plus Graphics + IVA (C64x+ DSP + Accelerators

До 600 МГц ARM, до 430 МГц DSP

OMAP3525:~790 мВт на частоте 600 МГц,~170 мВт на частоте 125 МГц,~2,5 мВт в режиме ожидания, ~0,5 мВт в отключенном состоянииOMAP3530:~900 мВт на частоте 600 МГц,~280 мВт на частоте 125 МГц,~2,5 мВт в режиме ожидания, ~0,5 мВт в отключенном состоянии

Texas Instruments «СКАНТИ Рус», «Компэл» OMAP-L13x ARM9 Plus C674x Fixed/ Floating-Point DSP

До 300 МГц ARM, до 300 МГц C674x DSP

~500 мВт на частоте 300 МГц, ~62 мВт в режиме ожидания

Texas Instruments «Радиоэлектроника» TMS470 ARM7TDMI® 48, 60 МГц

Texas Instruments «Радиоэлектроника» Stellaris Cortex M3 20, 25, 50, 80, 100 МГц

Типы интерфейсов Прочая периферия Рекомендуемое применение Примечания

Ethernet MAC и PHY, 3 CAN, USB OTG, 3 UART, 2 I2C, 2 SPI, I2S, EPI

2 10-разрядных АЦП, 3 аналоговых компаратора, 8 выходов расширенного ШИМ, 2 входа датчика положения, контрол-лер DMA, CRC-блок, датчик температуры.

Автоматика зданий и производств, охранно-пожарные системы, торговое оборудование, системы контроля дви-жения, игровые устройства, портативное медицинское оборудование

Широкая номенклатура в семействе. Аппаратная библиотека и AES-таблицы в ПЗУ, поддержка динамиче-ской памяти

Ethernet MAC+PHY, CAN, USB Full Speed H/D/OTG, UART, I2C, I2S, EPI

2 10-разрядных АЦП на 8 каналов, 1 MSPS, компараторы, датчик температуры, 8 выходов ШИМ, 2 входа квадратур-ного кодера

Универсальный контроллер общего назначения. Управление двигателями. Цифровые источники питания

До 256 Кбайт флэш-памяти, 96 Кбайт SRAM, ОЗУ реально-го времени

2 USB, последовательный порт, ШИМ, SDIO, SPI, DDR2

Камеры Video IP, бортовые развлекательные системы, видео-фоны, цифровые фоторамки

MPEG-4 SXVGA, кодер/декодер 30 кадров в секунду JPEG 75 млн пикселов в секунду

USB Host, USB OTG, SPI, SDIO, поддержка LPDDR, система обработки видео

Переносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства

Кодер/декодер 24/30 кадров в секунду H.264 BP D1 кодер/декодер 12/30 кадров в секунду

USB 2.0 OTG, USB 1.1 FS, 10/100 Ethernet, SATA, LCD Controller

Переносные аудиоустройства, переносные системы связиMP3, AAC, WMA и кодек с программным подавлением акустического эхо

USB 2.0, Ethernet, VPSS, MMC/SD, ATA, PCI

Видеокамеры, бортовые развлекательные системы, теле-визионные приставки, видеофоны, преобразователи видео-изображения

H.264 D1/Encode (DM644x)HD 720p H.264 BP Encode HD 1080i/p H.264 HP@L4 Decode (DM646x)

USB Host, USB OTG, SPI, SDIO, поддержка LPDDR, система обработки видео

Переносные навигационные системы, одноплатные компью-теры, цифровая идентификация, принтеры, интеллектуаль-ные удаленные системы, игровые устройства

3D-графика с возмож-ностью обрабатывать до 10 млн полигонов в секун-ду, MPEG-4 D1кодер/декодер 24/30 кадров в секунду H.264 BP D1 1кодер/деко-дер 12/30 кадров в секунду

USB 2.0 Host/Client/OTG, 10/100 Ethernet, контроллер LCD, MMC/SD, SATA, универ-сальный параллельный порт

Профессиональная обработка аудио, музыкальные инстру-менты, микшеры, системы контроля, системы анализа изо-бражения, радиолокаторы

До 1800 млн операций с плавающей точкой в секунду+J60

SPI, I2C, SCI, CAN, C2SI До 32 каналов таймеров, 10-разрядный АЦП с количеством каналов до 16

Промышленная автоматизация, медицинская техника, авто-мобильные приложения LQFP144, LQFP100, LQFP80

Ethernet 10/100 MAC/PHY, CAN, USB HOST DEVICE OTG, UART, I2C, SPI, SSP, I2S, IEEE 1588

10-разрядный АЦП на 8 каналов, 10-разрядный ЦАП, до 4-х таймеров, до 8 каналов ШИМ, квадратурный кодер

Микромощные и низкозатратные приложения: управление движением;системы управления для зданий и сооружений;сетевые устройства и коммуникаторы;медицинские приборы и игровое оборудование

LQFP100, LQFP64,LQFP48,SOIC28

56

WWW.ELCP.RU

Рынок 8-разрядных микроконтроллеров оценивается сегодня примерно в 5 млрд долл. Это значительный при-рост по сравнению с показателем 4 млрд долл. в 2007 г. Ожидается, что к 2011 г. эта цифра вырастет до 6,5 млрд долл., и в одном только секторе автомобильной электро-ники рост применения микроконтроллеров с 2007 по 2013 гг. составит 40%. Постоянно растет производитель-ность, расширяется периферия микроконтроллеров, совершенствуются технология изготовления и архитекту-ра. Однако ключевым параметром, своего рода доминан-той выбора на рынке 8-разрядных микроконтроллеров, является цена.

8-, 16- и 32-разрядные микроконтроллеры STMicro-elec tronics благодаря превосходным параметрам и при-влекательному соотношению цены и качества имеют хорошую репутацию у производителей электронной аппаратуры во всем мире. Спектр приложений микро-контроллеров STM очень широк — бытовая, медицинская и автомобильная электроника, промышленная автома-тика. Микроконтроллеры STM давно используются для ответственных приложений, а также для работы в жестких условиях эксплуатации, где требуются очень большая надежность, помехоустойчивость и расширенный темпе-ратурный диапазон.

STMicroelectronics постоянно совершенствует уровень своей продукции, чтобы в условиях жесткой конкуренции сохранить лидирующие позиции на рынке 8-разрядных микроконтроллеров. Этому способствует грамотная долго-временная стратегия развития, направленная на удовлет-ворение потребностей рынка. Одним из значимых событий последних лет является разработка микроконтроллеров нового поколения STM8. Новая эффективная архитектура обеспечивает высокую производительность, приближая микроконтроллеры этой серии к уровню 16- и даже 32-раз-рядных микроконтроллеров. Были существенно улучшены параметры и расширена функциональность разработан-ной ранее серии STM7, ориентированной на бюджетные применения. Линейка микроконтроллеров STM8 нацелена на то, чтобы обеспечить максимальную производитель-ность и быстрый выход на рынок при минимальной цене готового устройства.

Архитектура микроконтроллера STM8 разрабатывалась параллельно и согласованно с архитектурой 32-разрядно-го микроконтроллера STM32. Микроконтроллеры STM32 появились осенью 2007 г. и сразу получили самые высокие оценки во многих авторитетных изданиях, а также в среде разработчиков встраиваемых приложений. Построенные на базе современного ядра ARM CORTEX-M3, микро-контроллеры STM32 обеспечивают сочетание высокой производительности, низкой потребляемой мощности и невысокой цены.

Компания STMicroelectronics заинтересована в расширении своего присутствия на российском рынке микрокон-троллеров. Оптимальная архитектура, надежность, удобство для программирования и отладки, ориентация на приложения и, самое главное, цена продукции — позволяют компании надеяться на успех.

АлексАндр сАмАрин, ведущий инженер, МИЭТ

новое поколение 8-разрядных микроконтроллеров STMicroelectronics

Платформа микроконтроллеров STM8 разрабатывалась параллельно с STM32. Технология и многие элементы плат-формы STM32, в частности периферийные модули, были использованы и в платформе STM8 с тем, чтобы обеспе-чить возможность миграции STM8 → STM32.

ПлАтформА STM8Платформа STM8 была анонсирована в феврале 2008 г. В

первой половине года были разработаны базовые ли ней-ки, и появились первые микроконтроллеры семейства STM8. Платформа состоит из процессорного ядра, блока син хро низации, супервизора питания, шины доступа к памяти, ОЗУ, флэш-памяти, EEPROM-данных, модуля-от лад-чика и интерфейса программирования, а также набора пе ри ферийных модулей.

Платформа STM8 обеспечивает несколько семейств продуктов, каждый из которых оптимизирован под спе-циальные области применения, включая автомобильную электронику, промышленную автоматику, низковольтную аппаратуру и аппаратуру с батарейным питанием. Каждое семейство STM8 платформы разработано с таким рас-четом, чтобы максимально проявить достоинства новой архитектуры, включая высокую производительность, увеличение интеллектуальности (интеграции) структуры, а также обеспечить быстрый выход изделия на рынок, дол-гое время жизни и низкую стоимость конечной системы.

структурА ядрА Процессорного блокАВысокая производительность STM8 обеспечивается

использованием гарвардской архитектуры с 16-раз-рядными индексными регистрами и указателем стека, 16-Мбайтным линейно адресуемым адресным простран-ством, а также использованием прогрессивных методов адресации и других методов с целью оптимизации про-граммирования на языке С, которые наряду с высокой про из водительностью обеспечивают и компактность кода. В гарвардской архитектуре используются независимые шины для инструкций и данных с возможностью одновре-менного чтения и записи в одном цикле.

Основные характеристики процессорного ядра:– 32 вектора прерываний;– 16 индексных регистров и указатель стека;– 32-разрядная шина памяти;– трехступенчатый конвейер в цикле выборки и испол-

нения команд;– расширенная система команд (96);– аппаратный модуль деления (16/8→8);– аппаратный модуль умножения (8×8→16);– поддержка 8-разрядной арифметики со знаком;– расширенная система адресации, включая индексную

адресацию;

57

электронные компоненты №7 2009

– 10-кратное увеличение производительности;– уменьшение размера кода на 30% по сравнению с ST7.Конвейерная система обеспечивает в среднем 1,6 такто-

вых цикла для выполнения одной команды. При использо-вании тактового генератора с частотой 24 МГц обеспечива-ется производительность процессорного ядра на уровне 20 MIPS.

Выбранная технология с проектными нормами 0,13 мкм обеспечивает высокий уровень интеграции, уменьшение размеров кристалла, а значит, и цены. С другой стороны, технология обеспечивает уменьшение потребляемой мощности и возможность для увеличения производитель-ности, а также широкий диапазон питающих напряже-ний 1,65…5,5 В.

Процесс чтения памяти программ не зависит от про-цесса записи данных и может проходить параллельно. Обеспечивается быстрый доступ к 32-разрядному адрес-ному пространству. Не нужно использовать дополнитель-ные циклы ожидания — цикл доступа всего 45 нс! Но вая схемотехника портов ввода/вывода обеспечивает высо-кий уровень защиты от перенапряжений и тока корот-кого замыкания и не требует дополнительных элемен-тов защиты, кроме токоограничительных резисторов. Платформа STM8 имеет встроенный модуль EEPROM для данных с высокой производительностью и большим чис-лом циклов перезаписи по сравнению с внешними мик-ро схе мами EEPROM.

EEPROM данных обеспечивает 80 тыс. циклов переза-писи при рабочей температуре 145°С. Время записи — 3 мс, возможна одновременная запись сразу 4 байтов для уменьшения времени ожидания или слежения.

Флэш-память программ на кристалле имеет допусти-мый объем вплоть до 256 Кбайт. Технология обеспечивает

работу на высокой частоте с малым уровнем потребления. Еще одно достоинство технологии, особенно важное для сектора автомобильных приложений — расширение рабо-чего температурного диапазона до 145°С! Пока ни один из известных микроконтроллеров не обеспечивает такого диапазона.

особенности флэш-ПАмяти:– Boot ROM для загрузки кода через UART;– программирование 1 байта или блока/слова;– 128 байт программируется за 6 мс; – 6 бит кода коррекции ошибок для 32 бит данных (с

коррекцией единичной ошибки);– действенный механизм защиты от считывания;– перепрограммирование в приложении, IAP и вну-

трисхемное программирование, ICP.Флэш-память позволяет обновлять версии ПО

непосредственно на плате устройства как в процессе проектирования и отладки, так и при эксплуатации в конкретном приложении. Структура защиты памяти обеспечивает устойчивость к потере данных при про-падании питания в процессах программирования и стирания.

Периферийные модули Периферийные модули платформы STM8 полностью

совместимы с периферийными модулями 32-разрядной платформы микроконтроллеров STM32. Совместимость с STM32 по периферии позволяет использовать ПО и библио теки, созданные для STM32, а это, в свою очередь, обеспечивает возможность для перехода между платфор-мами с целью повышения производительности, что допол-няет номенклатуру семейства STM32.

58

WWW.ELCP.RU

серии PerfoMance/acceSS в линейке STM8 Цена кристаллов STM8 в большей степени зависит от

размера встроенной флэш-памяти и в несколько меньшей степени — от наличия той или иной периферии. Компания STМ выпустила две дополняющие друг друга серии Access и Performance.

Серия access предназначена для бюджетных приложе-ний, не требующих максимальной производительности и расширенной периферии. Объем флэш-памяти в этой серии до 32 Кбайт, по соотношению «цена-функциональность» эти микроконтроллеры оставляют позади большую часть 8-раз-рядных микроконтроллеров других фирм.

Серия Performance, полностью повторяя серию в части раскладки выводов корпусов и широты номенкла-туры, предлагает больше возможностей, имея на борту дополнительные АЦП, специальные ШИМ-таймеры и CAN 2.0B. Объем флэш-памяти увеличен для этой серии до 128 Кбайт.

Базовый набор периферийных модулей есть в структуре (см. рис. 1) всех членов линейки Access и Performance. Варьируемыми параметрами, определяю-щими типы микроконтроллеров линейки, являются объемы флэш-памяти программ, EEPROM данных, ОЗУ, а

также наличие дополнительных периферийных модулей. Резидентными для всех членов Access и Performance являются процессорное ядро, шина доступа, модуль синхронизации, модуль супервизора питания. Собственно, состав линейки и функциональную ориента-цию определяют объем флэш-памяти программ, объем ОЗУ; набор периферийных модулей для подкласса — общий. Подкласс Performance имеет дополнительные периферийные модули. Дополнительные модули имеют члены семейства, ориентированные на автомобильные и индустриальные приложения.

совместимость «корПус в корПус»Продолжительность жизни разработки обеспечива-

ется запасом по функциональности, масштабируемо-стью, возможностью модернизации и совместимостью выводов между членами линейки. При разработке конструкции корпусов для линейки STM8 фирма STM предусмотрела такую топологию выводов, которая обеспечила бы удобство при усовершенствовании про-ектов. Совместимость выводов при масштабировании корпусов показана на рисунке 2. Далеко не у всех про-изводителей предусмотрена такая удобная топология выводов. При использовании старших моделей микро-контроллеров с большим числом выводов для модер-низации устройств сокращается время на разработку печатной платы. При проектировании можно заранее предусмотреть возможность расширения или создавать несколько разных модификаций продуктов с разными контроллерами по производительности и периферии.

особенности системы тАктировАния и синхрони-зАции в STM8: – использование системы с резервированием источ-

ника синхронизации с мониторингом отказов внешнего источника тактирования;

– высокоскоростной внутренний RC-генератор, HSI RC на 16 МГц, калиброванный на заводе с точностью ±2%, с возможностью программной подстройки до ±1%;

– низкоскоростной внутренний RC-генератор, LSI RC на 128 кГц, калиброванный на заводе с точностью ±5%;

– переключение главной тактовой частоты: возмож-ность быстрого и легкого переключения источника такти-рования за 2 мкс;

– управление тактированием периферии: возможность включать и выключать тактирование каждого периферий-ного блока;Рис. 2. Совместимость выводов при масштабировании корпусов

Рис. 1. Структура микроконтроллеров линеек Performance и Access для серии STM8S

59

электронные компоненты №7 2009

– конфигурируемый выход тактовых импульсов;– высокий уровень безопасности от пропадания тактов

или проскакивания дополнительных «иголок» во входном тактовом сигнале.

Повышение ПомехоустойчивостиПовышенная помехоустойчивость — очень важный

параметр для ответственных применений, таких как про-мышленная электроника, автоматика, автомобильная электроника, а также для устройств, обеспечивающих жизнедеятельность человека. Степень помехоустойчи-вости в архитектуре STM8 обеспечивается на различных уровнях за счет использования нескольких узлов — схемы переключения на резервный источник тактирования, супервизора питания. Повышенная устойчивость к ЭМИ выполняется за счет оптимального топологического проектирования кристалла. Обеспечена защита входов-выходов от перенапряжений и коротких замыканий. Не требуется установка дополнительных диодов и стабили-тронов — достаточна установка токоограничительного резистора. Стоить сказать и об устойчивости при нару-шениях питания в процессе записи в EEPROM или флэш. Для коррекции одиночных ошибок используется код кор-рекции ошибок в памяти. В структуре микроконтроллера есть супервизор питания, который обеспечивает сброс при включении питания (Power On Reset) и при понижении питания (Brown Out Reset).

АрхитектурА микроконтроллеров STM8 соответ-ствует клАссу в По стАндАрту Iec60335С октября 2007 г. вступило в силу новое — четвертое

издание стандарта IEC60335, в котором изложены более жесткие требования к электронным блокам управления, использующим программное обеспечение. Классификация ПО и требования к нему приведены в другом международ-ном стандарте IEC 60730-1. На территории РФ действует аналогичный стандарт ГОСТР Р МЭК 60730-1, являющийся полной аутентичной версией международного. В приложе-нии Н «Требования к электронным управляющим устрой-ствам» ПО разделяется на три класса: А, В и С.

Если ПО не влияет на безопасность применения обору-дования, то его относят к классу А (регуляторы освещения, таймеры, реле времени, комнатные термостаты). Если же ПО отвечает за безопасность работы управляемого обо-рудования, то его относят к классу В. Если ПО отвечает за безопасность устройства в особых случаях, то его отно-сят к классу С. В устройствах с ПО классов В и С должны быть реализованы аппаратные или программные методы тестирования внутренних ресурсов микроконтроллера. Использование микроконтроллеров STM8 существенно облегчит сертификацию оборудования класса В на соот-ветствие указанным стандартам, т.к. многие их положения учтены на уровне архитектуры. На аппаратном уровне в структуре микроконтроллера STM8 заложена возможность тестирования внутренних узлов: процессора, памяти и периферии. Большая часть существующих микроконтрол-леров других производителей с аналогичной производи-тельностью и периферией не имеет такой возможности.

Особенности архитектуры микроконтроллеров STM8 в части соответствия стандарту МЭК 60335 в первую очередь обеспечены наличием системы синхронизации с резервным источником и системы контроля выполне-ния программы на основе двух сторожевых таймеров. Один сторожевой таймер носит название оконного. Он синхронизируется системным сигналом синхронизации и предназначен для оценки временных характеристик выполняемых ветвей программы. На аппаратном уровне он реализован как 7-разрядный циклический счетчик обратного счета. Данный сторожевой таймер генерирует

сигнал сброса при выходе за пределы одной из двух гра-ниц (одна фиксированная, другая — программируемая). Другой независимый сторожевой таймер синхронизи-руется отдельным встроенным низкочастотным генера-тором и отличается большей степенью автономности и защищенности. Благодаря работе от отдельного генера-тора он позволяет реагировать на сбои в основной систе-ме синхронизации.

По запросу компания ST бесплатно предлагает библио-теку подпрограмм самотестирования внутренних ресур-сов МК STM32, таких как ОЗУ, флэш-память, внешняя син-хронизация и ЦПУ. Данная библиотека прошла процедуру сертификации в немецком институте электротехники, электроники и информатики (VDE). Использование этой библиотеки не только упростит разработку продукции, но и ускорит ее сертификацию.

Функция управления энергопотреблением в STM8 реализована также как в большинстве микроконтролле-ров других производителей: за счет программированного понижения частоты, останова тактирования, режима Sleep, помодульного отключения отдельных периферийных бло-ков, не задействованных в данный момент времени.

встроенный модуль отлАдки и интерфейс Про-грАммировАнияДля отладки и программирования в STM8 используется

четырехпроводной интерфейс SWIM (Single Wire Interface Module) и встроенный отладчик (Debug Module). Первое, что следует отметить, отладчик не использует при своей работе ресурсов ядра. Выполнение кода происходит в мас-штабе реального времени, а для чтения RAM и регистров отладчик использует пустые машинные циклы. При работе отладочного модуля нет ограничений на область памяти и адресов. Не требуется подпрограмма монитора. Не требу-ется также переназначение прерываний. Число контроль-ных точек останова неограниченно.

отлАдочные нАборы для ПроектировАния:– STICE-SYS001– высокопроизводительный полнофунк-

циональный эмулятор;– STM8/128-EVAL — оценочная плата с полным набором

периферии;– STM8/128-SK/RAIS — стартовый набор, включающий

все необходимое для начала разработки;– STX-RLINK — средство для программирования и

отладки.

средА ПроектировАния, АППАрАтнАя библиотекА и ПоддержкАВ качестве среды для проектирования могут исполь-

зоваться как ПО, разработанное самой фирмой STM (www.st.com/stm8), так и продукты других производителей, например фирмы Raisonance (www.raisonance.com):

– ST Visual Develop (STVD) — бесплатная среда проекти-рования;

– ST Visual Programmer (STVP) — бесплатное ПО для МК;– STM8S — аппаратная библиотека и примеры;– STM8S IEC 60335 Class B — совместимая библиотека,

одобрена VDE;– Raisonance RIDE — бесплатная среда проектирования

с RBuilder и RFlasher;– Raisonance C компилятор, 16 Кбайт, бесплатно;– Cosmic C компилятор, 16 Кбайт, бесплатно.

семейство микроконтроллеров STM8SВ июне 2008 г. была представлена линейка STM8S

(Standard — стандартное исполнение), ориентированная как на обычные, так и на индустриальные приложения. Планировалось, что серия STM8S станет 8-разрядным

60

WWW.ELCP.RU

предложением для ассортимента изделий ST6, ST7, ST5 и ST9, разработанных ранее, и в дальнейшем их полностью заменит. Линейка микроконтроллеров STM8S представле-на на рисунке 3.

ключевые особенности STM8S:– питание: 3…5,5 В;

– питание процессорного ядра от внутреннего стаби-лизатора 1,8 В;

– рабочий температурный диапазон: –40…125°С;– максимальная частота ядра 24 МГц;– 10 тыс. циклов перезаписи флэш-памяти программ;– 300 тыс. циклов перезаписи EEPROM;– 4 режима пониженного энергопотребления (5 мкА в

режиме HALT);– калиброванный высокочастотный RC-внутренний

генератор с 16 МГц с программной подстройкой до уровня точности частоты до ±1%;

– IrDA- и Smart Card-интерфейсы;– SWIM для быстрого программирования (за 6 секунд

прошивка 128 Кбайт).– Корпуса:

- LQFP — 80, 64, 48, 44, 32;- LQFN — 48, 32, 20;- TSSOP 20.

Архитектура микроконтроллера STM8S для от- ветственных приложений представлена на рисун- ке 4.

линейкА микроконтроллеров STM8a для Автомо-бильного секторААрхитектура ST8A (Automotive — автомобильный сек-

тор) мало чем отличается от архитектуры стандартного исполнения STМ8S (см. рис. 5). Расширен диапазон рабо-чих температур — есть модификации с диапазоном до 145°С. Добавлены периферийные модули CAN. На рисун-ке 6 показана структура линейки микросхем STМ8A для автомобильных приложений.

Рис. 5. Архитектура STM8A для автомобильных примененийРис. 4. Архитектура микроконтроллера STM8S для ответственных приложений

Рис. 3. Линейка микроконтроллеров STM8S

Рис. 6. Линейка микроконтроллеров серии STM8A для автомобильных приложений

61

электронные компоненты №7 2009

срАвнение Архитектуры STM8А и ST7Семейство STM8А предназначено для модернизации

семейства ST72. Что добавилось в STМ8A по сравнению с ST72? В линейке ST7 DATA EEPROM присутствует только в некоторых типах микросхем. В ST72 объем памяти флэш и ROM ограничен значением 60 Кбайт. Производительность ST72 — около 2 MIPS. Технологические нормы КМОП-про-цесса — 0,5 мкм.

Для STM8A (следующего поколения линейки автомо-бильного сектора) используется процесс с технологиче-скими нормами 0,13 мкм. До 10 MIPS возросла произво-дительность процессорного ядра, расширен диапазон питающих напряжений — 3…5 В. Питание флэш-памяти программ производится теперь от одного источника напряжения. Объем флэш-памяти программ возрос до 256 Кбайт. EEPROM данных присутствует в каждом члене семейства. Расширена периферия, добавлены новые интеллектуальные функции, которые, в свою очередь, расширили диапазон применений; значительно повыше-на устойчивость микросхем для работы в жестких усло-виях эксплуатации и в условиях индустриальных помех. Эволюция микроконтроллеров серии ST72 отражена на рисунке 7.

линейкА STM8L для секторА устройств с бАтАрей-ным ПитАниемДиапазон питающих напряжений для данной линей-

ки — 1,65…3,6 В. Уровень потребления также значи-тельно снижен. Для этой серии микроконтроллеров регламентирован очень низкий уровень потребления на уровне 150 мкА/МГц, а в режиме останова потре-бление составляет 300 нA; при этом будут сохраняться состояние ОЗУ и регистров. Первые образцы этой серии уже доступны. Новые члены семейства линей-ки STM8L расширяют возможности платформы для специфических приложений, в которых важно малое потребление и обеспечивается достаточно высокая производительность. К ним относятся системы охран-ной сигнализации, беспроводные датчики, медицин-ские приборы с батарейным питанием (например, приборы для измерения кровяного давления, измери-тели уровня сахара в крови, термометры, ингаляторы, измерители уровня холестерина, см. рис. 8), электрон-ные игры, пульты ДУ, GPS-устройства, мобильные аксессуары.

новые серии линейки микроконтроллеров STM7 STM продолжает производить и линейку очень

дешевых 8-разрядных микроконтроллеров, архитек-

тура которых была разработана ранее и не претер-пела изменений. Среди них следует отметить ST7FOX и ST7Lite, которые предназначены для тех областей применений, где использование STM8 нецелесообраз-но вследствие избыточных возможностей и более высокой цены. У ST7FOX и ST7Lite меньше периферии, а также меньше производительность, объем про-граммной памяти и ОЗУ. Они не претендуют на обла-сти ответственных применений. Семейства имеют два основных достоинства: низкая цена и малое потребле-ние.

семейство ST7foX 8-разрядных микроконтрол-леров ориентировано на сектор очень дешевых устройств бытовой электроники, приборов с батарей-ным питанием. Семейство представлено линейкой микроконтроллеров, имеющих 2…8 Кбайт программ-ной флэш-памяти и исполненных в 8…32-выводных корпусах. Простая структура и доступная бесплатная среда проектирования делают их очень привлекатель-ными для разработчиков. По цене они могут успешно конкурировать с аналогичными в плане функциональ-ности 8-разрядными микроконтроллерами Microchip и Atmel. Например, мелкооптовая цена микроконтролле-ра этой серии ST7FOXK2T6 в корпусе LQFP32 составляет всего около 40 руб.

основные ПАрАметры микроконтроллеров семей-ствА ST7fоX:– питание: 5 В;– объем программной флэш-памяти: 2…8 Кбайт;– корпуса: 8…32-выводные (DIP, SOIC);– калиброванный внутренний RC-генератор;– быстрый 10-разрядный АЦП;– наличие 8-, 12- и 16-разрядных таймеров;– интерфейсы I²C, SPI;– встроенный интерфейс для внутрисхемного програм-

мирования и отладки;– пять режимов энергопотребления.Архитектура семейства микроконтроллеров ST7Lite

базируется на той же платформе, что и ST7FOX. Это семей-ство также характеризуется очень низкой ценой, совмес-тимостью выводов и периферии. Области применения — аппаратура с батарейным питанием.

особенности Архитектуры ST7LiteПредполагается, что семейство ST7LIte может

использоваться как вариант модернизации ST7FOX. Есть и определенные отличия. Для семейства ST7Lite предусмотрены исполнения в низкопрофильных и

Рис. 7. Эволюция микроконтроллеров серии ST72Рис. 8. Медицинские портативные приборы, в которых использованы микро-контроллеры серии STM8L

62

WWW.ELCP.RU

недорогих 8…32-выводных микрокорпусах UltraLite. Например, корпус UltraLite DFN8 имеет высоту всего 0,9 мм и площадь менее 16 мм2. Температурный диа-пазон: –40…125°C. Расширен и диапазон питающих напряжений: 2,4…5,5 В. Предусмотрено несколько возможных источников для тактирования процессора, а также интеллектуальная система управлением при переключении тактирования от одного источника син-хронизации на другой. Имеется также AWU (Auto Wake Up) — микромощный генератор для программируемо-го таймера просыпания из режима Sleep.

Другие особенности:– точный внутренний RC-генератор (в отличие от RC-ге-

не ратора в ST7FOX не требует калибровки);– до 10 каналов 10-разрядного АЦП со временем пре-

образования 3,5 мкс;– 8-разрядный сторожевой таймер;– 12-разрядный таймер со схемой сравнения, поддерж-

кой ШИМ, 16-разрядный таймер;– детектор пропадания питания;– 5 режимов энергосбережения;– интерфейсы: UART, SPI, I2C, DALI;– аналоговые компараторы с внешним или внутренним

источником опорного напряжения;– супервизор питания.Архитектура STM7Lite изображена на рисунке 9. На

рисунке 10 показана классификация микроконтроллеров ST7Lite в зависимости от объема памяти и типа корпуса.

области применения микроконтроллеров ST7Lite — управление освещением, охранные системы, домашняя бытовая техника, датчики, кондиционеры, компь ютеры, измерительные приборы, сенсорные сис-темы, управление электродвигателями, контроллеры для интеллектуальных DC/DC-преобразователей, игруш-ки, электроинструменты.

Для этой серии разработано несколько типов оценоч-ных наборов, ориентированных на разные области при-менений:

– ST7DALI — оценочный набор управления освеще-нием;

– ST7 USB — оценочный набор с USB-интерфейсом;– ST7232x & ST72521 — базовый отладочный набор.

инструментАльные нАборы для рАзрАботки:– ST7Ultralite Primer — очень дешевый набор разработ-

ки для ST7FLITEUS с интегрированной поддержкой отладки и программирования через USB;

– Raisonance REva — универсальная платформа для оценки и проектирования модульных устройств на базе 8…32-разрядных микроконтроллеров STM;

– ST7MC Motor Control Kit — базовая платформа для реализации функций управления электроприводом;

– ST7Lite2 Starter Kit — набор разработки для ST7FLITE1 и ST7FLITE2.

зАключениеДаже сегодня, когда 32-разрядные микроконтрол-

леры имеют невысокую стоимость, использование 8-разрядных микроконтроллеров не потеряло своей актуальности для бюджетных приложений. Выпустив на рынок семейство 8-разрядных микроконтроллеров STM8, компания STMicroelectronics несколько изменила свойственный ей приоритет работы с большими клю-чевыми заказчиками и специализированными продук-тами. Новая линейка STM8, действительно интересного и конкурентоспособного продукта компании, ориен-тирована на массовый рынок и позволит разработчи-кам использовать самые современные технологии и продукты. Для недорогих приложений, где наиболее актуальной является не производительность, а цена, предназначены более простые 8-разрядные микрокон-троллеры серий STM7FOХ и STM7Lite.

В секторе 8-разрядных активно используемых в России микроконтроллеров доминирует продукция фирм Microchip и Atmel. Фирма STM заинтересована в том, чтобы расширить свое присутствие и на рынке микроконтроллеров в России. Оптимальная архи-тектура, надежность, удобство для программирова-ния и отладки, ориентация на приложения и, самое главное, цена, позволяют надеяться на успех в про-движении на российском рынке микроконтроллеров. Микроконтроллеры перспективных серий уже доступ-ны в России. Есть отладочные средства, программная среда разработки, наборы для разработчиков. Не уступая в развитости периферии и производительно-сти, малом потреблении, аналогичные по классу (число выводов, память, периферия, потребление) микроконт-роллеры STM имеют на 15—20% меньшую стоимость, чем микроконтроллеры некоторых других произво-дителей.

Литература1. ST7Lite family Small-scale, user-friendly microcontrollers

optimized for demanding applications. February, 2008.2. Александр Бородулин. STM32 — универсальное решение на

ARM-ядре//Новости электроники, №8, 2008.

Рис. 10. Классификация линейки микроконтроллеров ST7Lite

Рис. 9. Архитектура STM7Lite

63

электронные компоненты №7 2009

Современные достижения микроэлектроники сущест­венно снизили цены 32­разрядных высокопроизводитель­ных микроконтроллеров и цветных графических дисплеев. Это открыло дорогу для ускоренного развития средств взаимодействия человек–машина (HMI — Human Machine Interface). Многим исследователям эта область науки и техники представляется одной из важнейших для развития цивилизации, поэтому и рынок HMI оценивается как весь­ма перспективный.

Ведущие производители средств автоматизации про­мышленного оборудования оперативно отреагировали на эту ситуацию и предложили новый класс встраивае­мых модулей с дисплеями, который получил название HMI. Одной из таких компаний является Omron. Из боль­

В статье рассматриваются встраиваемые микроконтроллерные модули компаний Omron, Garz&Fricke и «Терраэлектроника», имеющие развитые возможности интерфейса «человек–машина» (HMI) и прежде всего, фор-мирования цветных графических изображений. Анализируются особенности HMI из серий NS Omron, рассмотрены HMI моделей NESO, JUPITER и CALISTO Garz&Fricke, а также представлены встраиваемые модули TE-LPC2478LCDх.х с дисплеями 3,5” и 5,6” производства «Терраэлектроника». Отечественные модули сочетают функции HMI c воз-можностями прямого использования аппаратных ресурсов микроконтроллера ARM7. Они представляют собой завершенные решения, готовые для установки в изделия в качестве ядра системы управления.

Владимир Бродин (brodin@terraelectronica.ru), игорь БулатоВ, александр гурин, Петр ПереВозчикоВ

микроконтроллерные модули с развитым интерфейсом «человек–машина»

шой номенклатуры интеллектуальных терминалов компа­нии рассмотрим особенности HMI серии NS. Важнейшие параметры моделей NS8 и NS5 из этой серии приведены в таблице 1. Другим известным производителем HMI является компания Garz&Fricke. В таблице 1 приведены основные характеристики ее HMI, выполненных на осно­ве одноплатных контроллеров (SBC) и оснащенных TFT­дисплеями.

Компания «Терраэлектроника» в рамках программы соз­дания собственной продукции разработала и предлагает рынку два встраиваемых модуля на основе ARM7 микро­контроллера LPC2478 (NXP) и TFT­дисплеев с диагональю 3,5” и 5,6”. Эти бюджетные изделия призваны удовлетво­рить потребности отечественных разработчиков и произ­

Таблица 1. Характеристики HMI производства Omron, Garz&Frike и «Терраэлектроники»

HMI-модуль Производитель Дисплей Микроконтроллер, память Интерфейсы ПО

NS8 Omron 8,4” TFT640×480

Память экранов 60 Мбайт, внутренняя память 32768 слов + 32768 бит и энергонезависимая память 8192 слов + 8192 бит

Ethernet, 2×USB, VIDEO input Компоненты SAP

NS5 Omron 5,7” TFT 320×240или CTN монохромный

Память экранов 20 Мбайт, внутренняя память 32768 слов + 32768 бит и энергонезависимая память 8192 слов + 8192 бит Ethernet Компоненты SAP

NESO 5,7NESO 7,0 Garz&Fricke

5,7” VGA 640×4807,0” WVGA 800×480

i.MX27 ARM926 400 МГц Freescale128 Мбайт RAM256 Мбайт ROM

RS-232, Ethernet, USB, SD, Audio Windows CE, Linux

JUPITER 5,7Ganymed

Europa

Garz&Fricke

5,7” QVGA 320×240 VGA 640×480

i.MX31 ARM11 532 МГц Freescale128 Мбайт RAM128 Мбайт ROM

RS-232, Ethernet, USB, CAN, SD, SDIO, A/D I/O, I2C, SPI, Audio Windows CE, Linux

CALLISTO 10,4 Garz&Frike 10,4 VGA640×480

i.MX31L ARM11 532 МГц Freescale128 Мбайт RAM128 Мбайт ROM

RS-232, Ethernet, USB, SD, Audio Windows CE, Linux

TE-LPC2478LCD3.5 «Терраэлектроника» 3,5” TFT320×240

LPC2478 (ARM7 72 МГц,512 Кбайт флэш, 98 Кбайт SRAM) NXPНа плате 4 Мбайт NOR-флэш, 32 Мбайт RAM

USB Device, USB-UART, SD/MMC, JTAG160 линий портов МК

ПО на языке С

TE-LPC2478LCD5.6 «Терраэлектроника» 5,7” TFT640×480

LPC2478 (ARM7 72 МГц,512 Кбайт флэш, 98 Кбайт SRAM) NXPНа плате 4 Мбайт NOR-флэш, 32 Мбайт RAM

Ethernet, USB Host/Device, CAN, USB-UART, SD/MMC, JTAG160 линий портов МК

ПО на языке С

64

WWW.ELCP.RU

водителей встраиваемых систем; их характеристики также приведены в таблице 1.

Встраиваемые модули компаний Omron, Garz&Frike и «Терраэлектроника» реализуют различные подходы к построению комплекса аппаратных и программных средств, осуществляющего взаимодействие «человек–машина».

Компания Omron в серии модулей NS развивает направ­ление традиционных интеллектуальных терминалов иерархических систем автоматизации производства. Для этих модулей функция HMI является основной, их особен­ностью является общение с другими компонентами систе­мы (контроллерами SYSMAC CJ2 и компьютером верхнего уровня) только через скоростные интерфейсы Ethernet и USB (см. рис. 1). Важным достоинством HMI серии NS явля­ется возможность их программирования с использовани­ем развитого набора программных компонентов SAP.

Компоненты SAP — это готовые отлаженные про­граммные модули, выполняющие обмен данными и

визуализацию информации. При их использовании создание программы интерфейса «человек­машина» сводится к компоновке графических объектов на экране и установлению связей между ними. HMI серии NS отли­чаются между собой, в основном, дисплеями (5,7…15”). Параметры памяти и набор интерфейсов у моделей почти одинаковые. Вид HMI модели NS8 компании Omron пока­зан на рисунке 2.

Компания Garz&Fricke в категории HMI производит встраи ваемые модули, которые являются комбинаци­ей одноплатных компьютеров (SBC) и TFT­дисплеев. По су щест ву, HMI является одной из возможностей этих мо ду­лей, которые, кроме того, способны функционировать и как обычные программируемые контроллеры (PLC — Programmable Logic Controller). Garz&Fricke разработала три типа SBC на микроконтроллерах Freescale: NESOcore, CALLISTOcore и ADELAIDEcore.

NESOcore выполнен на микроконтроллере i.MX27, кото­рый имеет ядро ARM926 и функционирует на частотах до 400 МГц. На плате установлена память DDR RAM объемом 128 Mбайт и NAND­флэш объемом 256 Mбайт. Процессор способен декодировать файлы MPEG (H.263/H.264) с качеством D1. Совместно с одноплатным компьютером NESOcore могут использоваться два типа дисплеев: 5,7” VGA с разрешением 640×480 точек (см. рис. 3) и 7,0” WVGA с разрешением 800×480 точек. Дисплеи обеспечивают яркость 400 Кд/м² и 250 Кд/м², соответственно.

HMI NESO имеют несколько скоростных интерфейсов. Это Ethernet 10/100, USB­host и USB OTG (оба 480 Мбит/с), RS­232, слот SD­карты формата SDHC, аудиовыход. Разъ емы интер­фейсов выведены на верхнюю крышку корпуса (см. рис. 4).

Рис. 1. HMI серии NS в системе автоматизации от Omron

Рис. 2. HMI-модели NS8 компании Omron с дисплеем 8,4” Рис. 3. HMI-модели NESO от Garz&Fricke с дисплеем 5,7”

Рис. 4. HMI-модели NESO от Garz&Fricke (вид со стороны интерфейсных разъемов)

66

WWW.ELCP.RU

Вес модуля с дисплеем 5,7” составляет 420 г, рабочий тем­пературный диапазон 0...60°С.

Одноплатный компьютер ADELAIDEcore (см. рис. 5) раз­работан для комплексирования промышленных, автомо­бильных и других систем с повышенными требованиями по производительности на мультимедийных приложени­ях и устойчивости к внешним воздействиям. Он выполнен на микроконтроллере i.MX31 c ядром ARM1136JF­S, кото­рый функционирует на частотах до 532 МГц, имеет встро­енный контроллер ЖКД (800×600 точек, 3D­ускоритель), энкодер MPEG4, аудиокодек AC97, интерфейс видеока­меры, отличается малым потреблением (600 мА) и рас­ширенным температурным диапазоном (–30…85°C по запросу). Процессор имеет развитые механизмы защиты информации, скоростные интерфейсы Ethernet (SMSC 9215, 10/100, Auto MDI­X) и USB (USB OTG 480 Mбит/с, USB Host 480 Mбит/с, USB Host 12 Mбит/с). Присутствует большой набор последовательных интерфейсов: 5×UART, 3×I2C, 3×CSPI, FIR, SIM, 1­Wire. Разработчику доступны также 10­разрядный АЦП и 24 линии портов микрокон­троллера. Таким образом, кроме обращения ко всему SBC ADELAIDEcore как к единому блоку через универсальные интерфейсы, имеется возможность обратиться внутрь блока и прямо использовать часть аппаратных ресурсов микроконтроллера.

С применением SBC ADELAIDEcore компания Garz&Fricke выпускает два типа HMI. При использова­нии 5,7”­дисплея QVGA 320×240 точек HMI называет­ся Ganimed, а при использовании 5,7”­дисплея VGA 640×480 точек HMI называется europa. Общее назва­ние HMI этой группы — Jupiter . Новые имена при­своены, поскольку SBC используется в комбинации с пла той­носителем (см. рис. 6). За счет этого появляются но вые функции, в частности гальванически развязанный порт CAN.

Одноплатный компьютер CALLISTOcore разработан для HMI торговых автоматов, научных и медицинских приборов, других приложений, которые требуют ото­бражения большого количества объектов на довольно большом экране. Он выполнен на микроконтроллере i.MX31L, который имеет ядро ARM1136 и функционирует на частотах до 532 МГц. На плате установлена память DDR RAM объемом 128 Mбайт и флэш­ROM объемом 128 Mбайт (максимум 256 Mбайт и 1 Гбайт), интерфейсы Ethernet, USB (480 Mбит/с), RS­232, слот SD (HC), аудио­выход. HMI CALLISTO (см. рис. 7) представляет собой комбинацию SBC CALLISTOcore с дисплеем 10,4” (разре­шение 640×480 точек, яркость 450 Кд/м²).

Все HMI компании Garz&Fricke способны работать под управлением операционных систем Windows CE или Linux, что значительно расширяет возможности разработки ПО для них. Важным аспектом встраивае­мых систем управления является их конструктивное исполнение. HMI компании Garz&Fricke выпускаются в закрытом исполнении (пластмассовый корпус) и в виде открытых модулей (см. рис. 3, 4, 6, 7). В обоих вариантах исполнения имеется алюминиевая рамка с отверстиями для установки HMI в терминал или технологическое обо­рудование.

компания «терраэлектроника» разработала и пред лагает рынку два встраиваемых модуля на ос нове arm7 микроконтроллера LpC2478 (nXp) и tFt-дис пле ев с диагональю 3,5” и 5,6”. Модули проектировались как бюджетные решения встраивае­мых систем управления терминалами и мобильными контрольно­измерительными приборами с расширенны­ми возможностями отображения цветной графической информации. Использование ARM7 микроконтроллера подразумевает визуализацию данных в виде статических

Рис. 5. SBC-модели ADELAIDEcore от Garz&Fricke

Рис. 6. HMI из серии JUPITER от Garz&Fricke на базе SBC ADELAIDE

Рис. 7. HMI-модели CALLISTO от Garz&Fricke c дисплеем 10,4”: а) вид дисплея; б) вид со стороны интерфейсных разъемов

а)

б)

67

электронные компоненты №7 2009

изображений или последовательности изображений в режиме анимации.

Особенностью модулей te-LpC2478LCdx.x является полный трехуровневый доступ ко всем аппаратным и про­граммным ресурсам:

– все порты микроконтроллера LPC2478 выведены на контактные площадки и доступны для использования в системе управления;

– обмен с модулями может осуществляться с использо­ванием интерфейсов Ethernet, USB и через мост USB­UART;

– для управления может использоваться сенсорный экран дисплея.

Модуль te-LpC2478LCd5.6 (см. рис. 8) представляет собой комбинацию SBC на основе 32­разрядного микро­контроллера LPC2478 и цветного 5,6”­дисплея с сенсор­ным экраном. Модуль реализует преимущества микро­контроллера LPC2478, старшей модели семейства ARM7 от NXP: производительное ядро с быстрой выборкой кода из внутренней флэш­памяти (512 Кбайт), встроен­ный контроллер TFT­дисплея, пять 32­разрядных портов (160 линий ввода/вывода), многочисленные периферий­ные блоки и интерфейсы. Микроконтроллер LPC2478 соответствует всем возможностям младших моделей семейства ARM7 от NXP.

На плате SBC установлен микроконтроллер LPC2478FBD208 в 208­выводном корпусе, микроми­ниатюрный разъем дисплея (40 линий, шаг 0,5 мм), внешняя память SDRAM и NOR­флэш для работы с изо­бражениями, слот карты SD/MMC для хранения файлов данных и изображений, порт Ethernet, порты USB­host и USB­device 2.0, мост USB­UART и разъем JTAG для загрузки и отладки программ. SBC в этом составе реа­лизует оптимальный для многих приложений набор функций, который может быть увеличен с помощью плат расширения.

На плате SBC все порты микроконтроллера выведены на две трехрядные группы контактных площадок. На них, в т.ч., доступны интерфейсы UART, CAN, I2C, SPI, SSP, I2S микроконтроллера. Штыревые разъемы, установлен­ные в отверстия контактных площадок, могут служить для подключения плат расширения. В качестве внешней памяти на плате SBC установлена NOR флэш­память объемом 32 Mбит и SDRAM объемом 256 Mбит. Внешняя память используется при формировании изображений на дисплее.

Слот карты SD/MMC часто устанавливается в интеллек­туальных модулях графических дисплеев для хранения файлов изображений. Плата имеет порты Ethernet, USB­host и USB­device. Мост USB–UART позволяет загружать код программы во внутреннюю память микроконтроллера. Для отладки имеется разъем JTAG формата 2×10 выво­дов. Таким образом, по сравнению, например, с SBC ADELAIDEcore модуль TE­LPC2478SLCD5.6 позволяет прямо использовать не часть, а все аппаратные ресурсы микро­контроллера.

Разработчику доступны исполняемые коды тести­рующих программ модуля. Применение тестирующих программ описано в документе «Руководство пользо­вателя». Таким образом, плата может быть проверена в любой момент в процессе эксплуатации. На прилагаемом компакт­диске находится несколько демонстрационных программ в виде проектов для среды программирования IAR Workbench с исходными текстами.

Модуль TE­LPC2478LCD5.6 позволяет разработчику получить бюджетное решение 32­разрядной микро­контроллерной встраиваемой системы сбора и обра­ботки информации, передачи данных по скоростным каналам, выдачи циклограммы сигналов управления, формирования изображений на цветном графическом

дисплее с разрешением промышленного стандарта, интерактивной связи с оператором через сенсорный экран. Проверенная схемотехника наиболее сложной и быстродействующей части встраиваемой систе­мы, оптимизированная топология платы, наличие функций отладки позволяют использовать модуль TE­LPC2478SLCD5.6 как при макетировании на этапе разработки, так и в составе серийной системы управ­ления.

Модуль te-LpC2478LCd3.5 представляет собой комбинацию более бюджетной версии SBC на основе LPC2478 и цветного 3,5”­дисплея с сенсорным экраном. На плате младшей модели отсутствуют порты Ethernet и USB­host, установлен иной разъем дисплея. Но все порты микроконтроллера также выведены на две трех­рядные группы контактных площадок, и посадочное место для плат расширения идентично старшей моде­ли.

Конструкция модулей te-LpC2478LCdx.x представ­ляет собой жестко соединенную сборку из платы SBC и платы­носителя дисплея, связанных кабелем. По углам конструкции имеются отверстия для крепления. Размер модуля TE­LPC2478LCD5.6 составляет 102×142×30 мм, а модуля TE­LPC2478LCD3.5 — 79×142×30 мм.

Рассмотренные в данной статье микроконтроллерные модули и HMI могут быть использованы для комплекси­рования широкого набора изделий — от систем автома­тизации в промышленности до мобильных навигаторов и контрольно­измерительных приборов. Приобрести, заказать модули, получить техническую информацию и консультации можно в компании «Терраэлектроника» (www.terraelectronica.ru).

Рис. 8. Модуль TE-LPC2478LCD5.6 с цветным графическим 5,6''-дисплеем (разреше-ние 640×480 точек, сенсорный экран): а) вид дисплея; б) вид платы

а)

б)

68

WWW.ELCP.RU

Новая микросхема DC/DC-преобразователя TPS54620 расширяет производственную линейку удобных в использовании интегральных схем для управления питанием семейства SWIFT компании Texas Instruments. Микросхема является законченным решением для управления электропитанием с максимальным выход-ным током 6 А и диапазоном входных напряжений 4,5...17 В. Рабочая частота изменяется в интервале 200 кГц...1,6 МГц. Общая площадь монтажа, включая дополнительные компоненты, составляет не более 195 мм2 — четверть почтовой марки. Диапазон входных напряжений DC/DC-преобразователя лежит в преде-лах 4,5...17 В.

КПД преобразователя достигает 95%, а изменение опор ного напряжения составляет не более ±1% во всем диапазоне изменения рабочих температур. Со про тив ле-ние силовых ключей в открытом состоянии на 25% мень-ше, чем у предшественников из семейства SWIFT.

Увеличение плотности монтажа и сложности телеком-му ни кационного оборудования требует более интег ри-ро ванных устройств питания с большим числом функцио-наль ных возможностей. Перечисленные особенности пре образователя позволяют применять его в приложени-ях с ограниченным пространством монтажа и напряжени-ем 5 и 12 В, например в беспроводных базовых станциях или серверах с высокой плотностью элементов. Также POL-преобразователь TPS54620 отлично подходит и для использования в источниках питания DSP, встраиваемых процессорах и микросхемах FPGA и ASIC.

Ключевые особенности TPS54620– Микросхема SWIFT поддерживает нагрузку до 6 А

в рабочем режиме (пиковая величина тока 8 А), а также входное напряжение силового каскада в интервале 1,6...17 В.

– Преобразователь содержит два встроенных силовых МОП-транзистора (с сопротивлением открытого канала 26 и 19 мОм) и поставляется в компактном монолитном кор-пусе QFN с улучшенными тепловыми характеристиками. Размер корпуса составляет 3,5×3,5 мм, что сокращает пло-щадь монтажа на плате.

– Синхронизация частоты коммутации от задающего генератора синхроимпульсов исключает помехи в чувстви-тельных схемах сбора данных.

Помимо сказанного следует добавить, что преобразова-тель может работать как автономно, так и в составе слож-ных систем питания. В последнем случае предусмотрена функция tracking, позволяющая включать микросхему при достижении определенного уровня питания на ее внеш-нем выводе SS/TR. Подобная функция необходима для реа-

В статье кратко рассказывается о новом POL-преобразователе компании Texas Instruments — самом миниатюр-ном в отрасли понижающем DC/DC-преобразователе со встроенными силовыми ключами.

владимир Голышев, технический консультант, ИД «Электроника»

однокристальный POL-преобразователь TPS54620 для телекоммуникационных и вычислительных систем

лизации определенной последовательности включения/выключения шин питания.

В микросхеме предусмотрены функции защиты. Пошаговое ограничение тока верхнего ключа синхрон-ного выпрямителя позволяет исключить перегрузки при запуске преобразователя и при воздействии помех. Реализована также токовая защита нижнего ключа. Температурная защита не допускает перегрев микросхемы и переводит ее в режим пониженного энергопотребления при превышении температуры 175°С.

Предусмотрен также и PWRGD-компаратор с гисте-резисом для контроля выходного напряжения питания. Диапазон допустимых выходных напряжений составляет 91—109% от номинального значения. Преобразователь работает в режиме управления по току. В этом случае, благодаря внутреннему токовому контуру, ограничива-ется максимальный ток дросселя фильтра, что позволяет избежать насыщения его сердечника, а, следовательно, и увеличения пульсаций выпрямленного напряжения. Режим управления по току также в общем случае сокра-щает время переходных процессов и увеличивает устой-чивость системы, что очень важно при питании динами-ческих нагрузок.

Рабочая частота преобразователя фиксирована и выбирается из ряда 200 кГц...1,6 МГц. Ее величина задается внешним резистором.

самый широКий спеКтр монолитных и мноГоКри-стальных решенийКомпания TI поставляет широкий спектр понижающих

преобразователей, включая устройства семейства SWIFT и дискретные DC/DC-преобразователи. В дополнение к микросхеме TPS54620 компания TI недавно выпустила новый коммутационный преобразователь TPS54418 со встроенными силовыми ключами, поддерживающий ток 4 А при входных напряжениях 2,95...6 В. Это устройство имеет частоту коммутации до 2 МГц, может синхронизиро-ваться и достигает КПД 95% и более. Размер корпуса QFN составляет лишь 3×3 мм.

По вопросам получения технической информации, заказа образцов и поставок обращайтесь по адресу ti@compel.ru.

ИС Iвых, А Vвх, В Vвых, В Частота, кГц КорпусTPS54160 1,5 3,5...60 0,8...57 300...2500 MSOP10TPS54325 3 4,5...18 0,76...5,5 700 HTSSOP14TPS54418 4 2,95...6 0,8...5 200...2000 QFN16, 3×3 TPS54620 6 4,5...17 0,8...15 200...1600 QFN14, 3,5×3,5

71

электронные компоненты №7 2009

AMIS-49587 — однокристальный модем, предна-значенный для передачи данных по линиям электро-передач (ЛЭП) с низким или средним напряжением. Обмен данными происходит в полудуплексном режиме на скоростях 300, 600, 1200 и 2400 бод. Основными областями применения AMIS-49587 являются системы автоматического удаленного считывания показаний датчиков, удаленный контроль безопасности, контроль за освещением улиц, передача сигналов тревоги (пожа-ра, утечки газа и пр.).

AMIS-49587 имеет инновационную двойную архитек-туру, содержащую обработчик протоколов как высоко-го (МАС), так и низкого уровня. Программист только пересылает данные на модем и не думает о тонкостях передачи.

AMIS-49587 соответствует стандартам EN 50065 CENELEC и IEC 1334-5-1. Он работает от источника питания 3,3 В и подсоединяется к силовой линии через внешний усилитель мощности и трансформа-тор. Внутренняя схема ФАПЧ привязана к частоте сети электропитания (50 или 60 Гц) и используется для син-хронизации передачи данных на скоростях 300, 600, 1200 и 2400 бод, что соответствует 3, 6, 12 или 24 битам на полцикла частоты сети.

Для модуляции данных применяется смешанный вид S-FSK, сочетающий в себе преимущества частотной моду-ляции и методик расширения спектра. В отличие от клас-сической частотной модуляции, частоты, соответствующие логическому нулю и логической единице, разнесены на большое расстояние, поэтому качество передачи нулей и единиц не зависит друг от друга. Пары частот, поддержи-ваемые AMIS-49587, лежат в диапазоне 9...95 кГц и отлича-ются обычно на 10 кГц.

Согласование и преобразование сигнала производит-ся в аналоговом входном каскаде. Последующая обработ-ка сигнала и протоколов производится в цифровом виде. Часть цифровой обработки производится в аппаратных блоках (критичные ко времени задачи), а часть — в мик-ро про цессоре ARM 7TDMI (некритичные ко времени за да чи). Микропроцессор управляется аппаратно. Он одно временно выполняет обработку сигнала и обеспе-чивает протокол связи, содержащий в себе МАС-уровень. Выходной интерфейс модема — последовательный полу-

В статье рассматриваются основные особенности и характеристики нового устройства передачи данных по силовым линиям — модема AMIS-49587 компании On Semiconductor.

Ромадина иРина, менеджер по продукции ON Semiconductor, «Компэл»

модем для передачи данных по силовым линиям AMIS-49587

дуплексный асинхронный двухпроводной протокол SCI (линии TXD и RXD).

ПРименениеМодем AMIS-49587 предназначен для соединения

устройств по каналу связи в распределительной сети (DLC — Distribution Line Carrier). Он может быть подключен в следующих нескольких режимах (см. рис. 1).

1. Сервер. Модем предоставляет ресурсы абоненту. Типичное применение — счетчик электроэнергии, обору-дованный для работы в канале DLC.

2. Абонент. Модем осуществляет подключение к удален-ному серверу. Примером может быть система концентра-торов.

3. Шпион. Модем используется для мониторинга или тестирования канала связи в распределительной сети.

4. Тестовый режим. Модем тестируется на соответствие требованиям CENELEC.

Схема включения На рисунке 2 приведена типичная схема включения

модема. Между кристаллом модема AMIS-49587 и вход-ным усилителем мощности NCS5650 ставится полосо-вой фильтр, чтобы снизить шумы и помехи вне полосы передачи. Входной усилительный каскад подключается к сети через трансформатор и согласующую цепь.

К выходу модема подключается интерфейсная схема SCI, которая обеспечивает физический интерфейс между связным контроллером и стандартным выходом S0 (DIN 19234) счетчика.

СтРуктуРная СхемаОбщая структура AMIS-49587 приведена на рисун-

ке 3. Модем содержит блок приемника и передатчика, схемы синхронизации и связной микроконтроллер ARM 7TDMI.

Рассмотрим основные функциональные узлы более подробно.

Схема передатчика приведена на рисунке 4.Интерфейс с ядром ARM осуществляется через 8-раз-

рядный регистр, два регистра контроля и считывателя флага и два 16-разрядных регистра, определяющих часто-ты логического нуля (fs) и логической единицы (fm).

Рис. 1. Примеры применения AMIS-49587

72

WWW.ELCP.RU

Передатчик работает синхронно с двумя сигналами BIT_CLK и BYTE_CLK, когда в регистр TX_RXB в R_CONF запи-сана логическая 1. Для правильной работы содержимое регистра TX_RXB должно обновляться после каждого пре-рывания, генерируемого PRE_BYTE_CLK. Взаимодействие между ARM-ядром и передатчиком производится по пре-рыванию. По каждому фронту BYTE_CLK данные из R_TX_DATA копируются в буфер R_TX_DATA_BUFFER. Обработка

кадра (преамбула, МАС-адрес, контрольная сумма) произ-водится в ядре ARM.

Схема приемника приведена на рисунках 5 и 6. При-ем ник активен при TX_RXB = 0. Режим работы и скорость потока данных устанавливаются в регистрах R_CONF [9:0], R_FS [15:0] и R_FM [15:0].

Согласно стандарту IEС, пересылка данных произ-водится в моменты, когда напряжение сети пересекает

Рис. 2. Типичная схема подключения AMIS-49587

Рис. 4. Структурная схема блока передатчика

Рис. 3. Структурная схема AMIS-49587

Рис. 5. Структурная схема аналоговой части блока приемника

74

WWW.ELCP.RU

нулевое значение. Эти моменты регистрируются в блоке детектора перехода через ноль (Zero crossing) выводом M50HZ_IN. На выходе детектора устанавливается логи-ческий ноль, если напряжение меньше порогового, и это является признаком скорого прохода нуля. Эти моменты регистрируются в течение 0,5...1 мс.

Модуль связного контроллера (см. рис. 3) состоит из собст венно микропроцессора и периферийных блоков: ОЗУ, ПЗУ, таймера, схемы сброса при включении, интерфейса UART. Микропроцессор представляет собой чип ARM 7TDMI и построен по RISC-архитектуре, поэтому для большин ства команд время выполнения составляет один такт. Мик ро конт-рол лер содержит схемы обработки прерываний, а также об ра бот чики протоколов физического и МАС-уровней.

У контроллера есть при порта, указывающих статус и стадию обмена. Это I0 — индикатор процесса успешного приема данных; TX_ENB — выходной порт, информирую-щий о включении передатчика; TX_DATA — выход для передаваемых данных либо сигнала синхронизации с интервалами времени (PRE_SLOT).

Скорость обмена по протоколу SCI устанавливается выводами BR0 и BR1 в соответствии с таблицей 1.

аРбитРажВо избежание коллизий между данными, пересылае-

мыми контроллером AMIS-49587 и базовым МК, контрол-лер модема имеет статус передающего. Т.е. во время отсутствия локальных пересылок он может инициировать обмен без проверки состояния базового микроконтрол-лера. Если базовый МК собирается начать передачу, то он посылает запрос T_REQ. Приоритет при пересылке дан-ных — у микроконтроллера AMIS-49587.

ПРогРаммное обеСПечение AMIS-49587Программное обеспечение модема AMIS-49587 содержит

функции обработки превышения времени ожидания и про-верки на наличие ошибок, а также выполняет обработку сиг-налов подтверждения и осуществляет процедуру приема.

Проверка на наличие ошибок содержит несколько стадий: считывание контрольной суммы, проверка длины

пакета и синтаксиса команд. При обнаружении ошибки пересылка повторяется.

Процедура приема заключается в предупреждении воз-никновения коллизий. Доступ к ресурсам модема осущест-вляется по последовательному протоколу местной связи. Арбитраж проводится микроконтроллером AMIS-49587. Модем может осуществлять внутреннюю пересылку в базовый МК напрямую, а в обратном направлении обмен обязательно производится по запросу.

Микроконтроллер AMIS-49587 работает в следующих режимах:

Not Set — осуществляется только прием запросов Reset_Request, TestMode_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request;

Master — осуществляется прием запросов Reset_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request, запросы DB, MAC и ISA;

Slave Not Synchronized — осуществляется прием Reset_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request, запросы DB;

Slave Synchronized — осуществляется прием Reset_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request, запросы DB, MAC и ISA;

Monitor — осуществляется прием Reset_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request, запросы DB. В синхронном режиме возможна локальная пересылка пакетов SPY.

Литература 1. Datasheet AMIS-49587.2. Материалы сайта www.onsemi.com.

Рис. 6. Структурная схема цифровой части блока приемника

Таблица 1. Установка скорости передачи данных.

BR_1 BR_0 Скорость, бод

0 0 48000 1 96001 0 192001 1 38400

Новости из мира микрокоНтроллеров и цифровой электроНики

| ARM-СмаРтбуки? | Ожидается, что в IV кв. текущего года рынок начнет заполняться так называемыми ARM-смартбуками — миниатюрными ноутбуками, построенными на процессорах с ядром ARM. О намерении выпустить такие продукты уже сооб-щили компании Acer, Foxconn Electronics, Pegatron Technology, Compal Electronics и Inventec Appliances. Впрочем, оптимизм, связанный с перспективами ARM-смартбуков, разделяют далеко не все производители электроники. Так, например, компании Elitegroup Computer Systems (ECS) и Micro-Star International (MSI) решили пока не спешить за Acer и другими упомянутыми выше производителями. Вместо этого, они будут изучать реакцию рынка на новую продукцию.

www.russianelectronics.ru

75

электронные компоненты №7 2009

Тайваньская компания ADDtek основана в 1997 г. Ос нов­ным направлением деятельности компании является раз работка интегральных микросхем для применения в мо биль ных и светодиодных устройствах, ЖК­дисплеях и т.д. ADDtek — классическая дизайн­фирма, которая занимается разработками, сбытом и вопросами качества, а для производства использует мощности TSMC. Высокие технологии производства и качественный менеджмент позволяют создавать микросхемы, соответствующие миро­вым стандартам надежности и удовлетворяющие запросы даже самых требовательных разработчиков.

В настоящее время производятся следующие типы све­тодиодных драйверов:

– стабилизаторы тока;– микросхемы­преобразователи напряжения;– микросхемы­преобразователи напряжения со встро­

енным стабилизатором тока;– микросхемы для стабилизации тока, управляемые

внешним сигналом ШИМ;– микросхемы для защиты светодиодов.На рисунке 1 показана классификация микросхем ADDtek.

Наиболее простым примером источника света, изготовленно­го на основе микросхемы AMC7135, является светодиодный светильник, который может применяться в быту или промыш­ленности (например, в фонаре шахтера).

В статье рассказывается о новинке российского рынка — светодиодных драйверах ADDtek. Рассматриваются основные области применения микросхем, приводятся типовые схемы включения и технические характеристики.

МаксиМ селиванов, начальник технического отдела, ООО «НЕОН­ЭК»

светодиодные драйверы ADDtek

Электрическая схема включения микросхемы показана на рисунке 2. Напряжение питания 2,7…6 В допускает исполь­зование трех­четырех элементов типоразмера АА в качестве источника питания. Можно использовать любой 1­Вт свето­диод с прямым током 350 мА (Cree, HPLighting). Конденсатор Со можно исключить из схемы, если выполняются три условия:

а) длина проводника между AMC7135 и светодиодом меньше 3 см;

б) длина проводника между светодиодом и источником питания меньше 10 см;

в) светодиод и микросхема установлены на одной печатной плате.

Как видно, эта схема достаточно проста, эффективна и имеет низкую себестоимость, т.к. цена самой микросхемы составляет около 13 руб. К дополнительным преимуще­ствам AMC7135 можно отнести то, что она имеет встроен­ную защиту при обрыве или коротком замыкании свето­диода, а также широкий диапазон рабочих температур (–40…85°С).

Дальнейшим развитием микросхемы аМс7135 стал драйвер А705 с расширенным диапазоном напряжений питания 2,7…12 В. А705 включается по такой же схеме, что и АМС7135, и имеет следующие особенности:

– встроенную защиту от обрыва/пробоя в цепи нагрузки;– малое падение напряжения;

Рис. 1. Классификация микросхем ADDtek

Рис. 2. Принципиальная схема AMC7135 Рис. 3. Принципиальная схема AMC7140

76

WWW.ELCP.RU

– низкое потребление тока в режиме ожидания;– выходной ток 210/230/250/270/290/310/330/350 мА,

что позволяет разработчику наиболее точно выбрать необходимый режим работы светодиодов.

Поскольку максимальное напряжение питания А705 составляет 12 В, микросхема допускает подключение, к примеру, до трех 1­Вт белых светодиодов со стандартным прямым напряжением Vf = 3,8 В.

Более функциональный светодиодный светильник можно изготовить на базе микросхемы AMC7140 (см. рис. 3). Максимальный выходной ток микросхемы в 700 мА и напря­жение питания 5…50 В позволяют подключать к драйверу несколько мощных светодиодов. Подстроечным резистором Rset можно регулировать яркость свечения устройства. Вывод «Включение» используется для включения устройства или для управления яркостью с помощью ШИМ при фиксированном значении резистора Rset. В технической документации на АМС7140 приведено еще несколько типовых схем включения драйвера, а также рекомендации по расчету радиатора.

AMC3202 — DC/DC­преобразователь с высокой степе­нью интеграции. Основные его особенности — наличие встроенного генератора на 280 кГц и мощного ключа. В импульсном режиме максимальный выходной ток AMC3202 может достигать 2 А при скважности 50%. Выделяющееся тепло хорошо отводится тепловой площадкой корпуса SO8­EP или QFN 4×4. Микросхема сохраняет работоспособ­ность при входных напряжениях 2,7…30 В. К дополнитель­ным преимуществам AMC3202 можно отнести возмож­ность мягкого старта, выключение при перегреве корпуса

свыше 150°C. Для достижения наилучшего КПД ADDtek рекомендует совместную работу AMC3202 и, к примеру, AMC7140 (см. рис. 4). При таком включении AMC3202 преоб­разует входное напряжение до оптимального, которое тре­буется при работе цепочки светодиодов, а AMC7140 поддер­живает требуемый рабочий ток. При подобном включении двух микросхем КПД всего устройства достигает 94%.

Особый интерес представляют микросхемы A720 и AMC7169 — автор не встречал аналогов подобной продук­ции. Они работают по принципу bypass, т.е. в случае обрыва светодиода в цепи гарантированно пропускают ток, тре­буемый для работы оставшихся светодиодов, повышая тем самым надежность всего устройства. Эти микросхемы про­пускают ток и в обратном направлении, защищая тем самым устройство от неправильного подключения.

Основные технические характеристики:– напряжение срабатывания 5 В;– прямой или обратный ток 700 мА;– падение напряжения 1,6 В при токе 700 мА.На рисунке 5 приведена схема включения А720.

Стрелкой указано направление прохождения тока при обрыве светодиода в цепи.

В заключение можно сделать вывод о том, что основны­ми преимуществами драйверов ADDtek являются:

– высокий КПД;– малое количество внешних элементов;– низкая цена.Есть еще одна особенность: в отличие от многих тай­

ваньских производителей ADDtek предоставляет каче­ственную техническую поддержку. На сайте компании размещены многочисленные рекомендации по примене­нию. Можно с уверенностью сказать, что благодаря разно­образию и качеству микросхем ADDtek займет свое место на российском рынке светодиодной продукции и станет серьезным конкурентом для фирм с мировым именем. Надеемся, что это будет способствовать снижению стои­мости, уменьшению габаритов и потребляемой мощности производимых светодиодных устройств.

По вопросам технической поддержки и предоставления образцов обращайтесь в ООО «НЕОН-ЭК» www.e-neon.ru.

Рис. 4. Схема совместного включения АМС3202 и АМС7140

Рис. 5. Схема включения А720

77

электронные компоненты №7 2009

Новые компоненты на российском рынке

АЦП/ЦАП

Первые в отрасли 4-канальные ЦАП с энер-гонезависимой памятью EEPROM от Microchip

Компания Microchip анонсировала MCP4728 — первый 4-канальный 12-разрядный ЦАП со встроенной EEPROM для сохранения конфигура-

ции, позволяющей начать работу сразу после включения питания. Четыре канала ЦАП, встроенные EEPROM, опорный источник напряжения и прецизионный rail-to-rail выходной усилитель MCP4728 позволяют уменьшить габариты конеч-ного устройства и уменьшить число внешних компонентов в устройствах с батарейным питанием.

Посредством последовательного интерфейса I2C в ЦАП MCP4728 можно установить входные коды, конфигурацион-ные и адресные биты. Эта информация сохраняется в энерго-независимой памяти, и заданный режим работы ЦАП автома-тически восстанавливается при включении питания.

Архитектура MCP4728 предусматривает возможность индивидуальной настройки энергосберегающих режимов каждого из каналов, что позволяет снизить потребление тока до 40 нА. ЦАП MCP4728 могут найти применение в потреби-тельской электронике (портативные медиаплееры, цифровые камеры, GPS-навигаторы и т.п.), а также в медицинской, про-мышленной, автомобильной электронике и приборострое-нии (LED-освещение, охранные системы и сигнализации).

Демонстрационная плата MCP4728 Evaluation Board (MCP4728EV) поможет быстрее освоить новые ЦАП и вне-дрить их в разрабатываемые устройства. ЦАП MCP4728 доступны в 10-выводном корпусе типа MSOP.

Microchip Technologywww.microchip.comДополнительная информация:см. Microchip Technology

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Новая серия миниатюрных AC/DC-преобразователей от Mornsun

Компания Mornsun рас-ширила свой модельный ряд миниатюрными AC/DC-преобразователями серии LB05.

Новые преобразователи с выходной мощностью

5 Вт имеют компактный корпус (55×45×21 мм) для монтажа на печатную плату в отверстия, рабочий температурный диапазон –40…70°С, прочность изоляции вход-выход 3 кВ (в течение 1 мин).

Серия LB05 рассчитана на входной диапазон напряжений 85…264 В переменного тока (или 100…370 В постоянного тока).

В серии LB05 выпускаются модели с одним выходом (LB05-10Bxx), c двумя выходами со средней точкой (LB05-10Axx) и с двумя изолированными выходами (LB05Dxxxx). Преобразователи снабжены защитой от перегрузки и от короткого замыкания.

Преобразователи серии LB05 сертифицированы по между-народным стандартам: EN55022(level B), IEC/EN 61000-4-2, IEC/EN61000-4-3, IEC/EN61000-4-4, IEC/EN 61000-4-5, IEC/EN60950, UL60950, Safety Class CLASS 1.

Наименование Uвых1/Iвых1, В/мА Uвых2/Iвых2, В/мА КПД, %LB05-10B03 3,3/1500 — 70LB05-10B05 5/1000 — 73LB05-10B09 9/600 — 75LB05-10B12 12/450 — 76LB05-10B15 15/350 — 78LB05-10B24 24/230 — 79LB05-10A05 ±5/500 — 70LB05-10A12 ±12/210 — 74LB05-10A15 ±15/170 — 75LB05-10A24 ±24/100 — 77LB05-10D0505-01 5/900 5/100 70LB05-10D0512-01 5/750 12/100 74LB05-10D0515-01 5/700 15/100 74LB05-10D0524-01 5/600 24/100 75

Серия LB05 является оптимальным решением для про-мышленных приложений, в частности, беспроводных систем, АСУТП, средств УСПД в системах энергоучета. Гарантия про-изводителя — 3 года.

Mornsunwww.mornsun-power.comДополнительная информация: см. «ЭКО», ООО

Изолированные усилители серии T1100 от Mornsun

Компания Mornsun предлагает серию пассивных изолиро-ванных усилителей T1100N(S).

Усилители выполнены в пластмассовых корпусах (23,8×13,7×7,5 мм) для монтажа в отверстия (T1100N) и поверх-ностного монтажа (T1100NS). Рабочий температурный диапазон –25…71°С, прочность изоляции вход-выход 3 кВ (в течение 1 мин).

Усилители серии T1100 имеют вход 4…20 мА и выход 4…20 мА и не требуют дополнительного питания.

Рабочий частотный диапазон 15 кГц, температурный дрейф составляет 0,0035 %/°C. Данную серию отличает высокая точ-ность — 0,1%.

Области применения: измерительное оборудование, системы управления технологическими процессами, искро-безопасные цепи, устройства искрозащиты и др. Гарантия производителя 3 года.

Mornsunwww.mornsun-power.comДополнительная информация: см. «ЭКО», ООО

Универсальные понижающие DC/DC-стабилизаторы от Analog Devices

Компания Analog Devices освоила выпуск новых стабилиза-торов ADP2105/ADP2106/ADP2107. Микросхемы пред-ставляют собой

синхронные понижающие DC/DC-стабилизаторы в компактном корпусе LFCSP размером 4×4 мм с рабочей частотой 1,2 МГц.

78

WWW.ELCP.RU

При средних и больших токах нагрузки микросхема использует режим ШИМ с постоянной частотой. Для обеспечения продол-жительного срока службы батарей и аккумуляторов в портатив-ной аппаратуре микросхема включает частотную модуляцию при небольших нагрузках. Эти особенности работы позволяют получать КПД до 97%.

Микросхемы предназначены для работы совместно с DSP, ПЛИС, БМК, микроконтроллерами в промышленной, порта-тивной и стационарной аппаратуре различного назначения.

Микросхемы работают при напряжениях питания 2,7…5,5 В, что позволяет использовать один литиевый, литиево-полимерный или несколько NiMH-аккумуляторов или, например, питать устройство от шины USB или других источников питания.

Стабилизаторы доступны со следующим диапазоном вы ходных напряжений: 3,3; 1,8; 1,5 и 1,2 В, а также в регулиру-емой версии с максимальным током нагрузки 1 А (ADP2105), 1,5 A (ADP2106) и 2 A (ADP2107). При переводе в спящий ре жим микросхема отключается и потребляет ток менее 0,1 мкА от входного источника питания.

Другие особенности включают в себя автоматическое от ключение для предотвращения глубокого разряда аккуму-ляторов и мягкий старт при включении.

Микросхемы доступны в корпусе 16-LFCSP и предназна-чены для работы в расширенном температурном диапазоне –40…125°С.

Analog Devices Inc.www.analog.comДополнительная информация:см. «Элтех», ЗАО

Компания Aimtec снижает цены на AC/DC-преоб-разователи мощностью 5 Вт

В связи с освоением серийного производства ультракомпактных (52×26×16 мм) AC/DC-пре- об разователей мощно-стью 5 Вт серии AMEL5-EMAZ с рабочим диапа-

зо ном температур –40…80°С, компания Aimtec объявила о сущест венном (на 20%) снижении цен на аналогичные (по расположению выводов и характеристикам) AC/DC-преобра-зователи серии AMEL5-MAZ с рабочим диапазоном темпера-тур –25…80°С.

Серии AMEL5-EMAZ и AMEL5-MAZ — это ультракомпакт-ные AC/DC-преобразователи с одним (3,3…24 В) или двумя выходами (±5…±15 В), предназначенные для установки на печатную плату в приложениях с плотной компоновкой эле-ментов.

Основными особенностями преобразователей серии AMEL являются:

– минимальные габариты, практически совпадающие со стандартными габаритами 10…20 Вт DC/DC-преоб разо ва те-лей (51×25 мм);

– электрическая прочность изоляции вход/выход 4000 В АС;– ток утечки: не более 200 мкА.Aimtec Inc.www.aimtec.comДополнительная информация:см. «Элтех», ЗАО

КВАРЦЕВЫЕ ПРИБОРЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ

Новые виды прецизионных малошумящих кварцевых генераторов категории качества «ВП» для аппаратуры спе-циального назначения

ОАО «МОРИОН» (С.-Петербург) — ведущее предприятие России и один из мировых лидеров в области разработки и серийного производства приборов кварцевой стабилизации и селекции частоты — представляет новые виды прецизи-

онных малошумящих кварцевых генераторов диапазона 5...100 МГц для применения в условиях жестких ВВФ в различ-ных видах аппаратуры специального назначения.

Перечень моделей, а также некоторые из основных пара-метров приведены в таблице ниже.

Модель ге не ра­

то ра

Частота или диапазон

частот, МГц

Стабильность частоты

Корпус, ммв интерва­ле темпе­

ратур

долговре­менная за

год

кратковре­менная за 1 с (дев. Аллана)

ГК54М-ТС 4,096…20,0 до ±5·10–9 до 3·10–8 1·10–12 50×50×25

ГК211-ТС 5; 10 до ±5·10–11 до 5·10–9 1·10–12 62×62×40

ГК212-ТС 100 до ±2·10–10 до 3·10–8 – 90×60×50

ГК213-ТС 40…100 до ±1·10–7 до 3·10–7 – 130×110×90

Подробнее об основных особенностях указанных моде-лей.

1. ГК54М-ТС — серьезная современная модернизация генератора ГК54-ТС, широко известного и хорошо себя заре-комендовавшего в широком спектре специальных примене-ний (в т.ч. космических). ГК54М-ТС по всем характеристикам полностью заменяет ГК54-ТС, обладая при этом целым рядом существенных преимуществ. Так, ГК54М-ТС доступен к поставке в малошумящем исполнении (опция «МШ») — гарантированный уровень фазовых шумов для 5 МГц составляет <–110 дБ/Гц для отстройки 1 Гц и <–147 дБ/Гц для отстройки 100 Гц. Прибор обладает сокращенным временем установления частоты (с точностью ±1·10–7) — до 2 мин при 25°С (для сравнения: ГК54-ТС — 5 мин) и до 4 мин при –60°С (ГК54-ТС — 7 мин). Кроме того, возможен вариант исполне-ния с ужесточенными требованиями к кратковременной нестабильности частоты до 1·10–12/с. Указанные параметры в сочетании с высокой стойкостью к жестким ВВФ и низким потреблением (<0,4 Вт) делают данный прибор эффектив-ным решением для применения в мобильной и бортовой специальной аппаратуре.

2. ГК211-ТС — прибор, характеризующийся предельно высокой стабильностью частоты уровня 10–10 при изменении рабочей температуры в широком интервале до –60...+70°С, а также уникальным уровнем долговременной стабильности — до 5·10–8 за 15 лет (без подстройки). Генератор выполнен во фрезерованном корпусе, обладает высокой вибро- и ударо-прочностью. Имеет выходной сигнал SIN и напряжение пита-ния 12 В.

3. ГК212-ТС — высокочастотный (100 МГц) малошумящий генератор, обеспечивающий стабильность частоты до 2·10–10 в широком интервале рабочих температур и до ±3·10–8/год. Гарантированный уровень фазовых шумов <–100 дБ/Гц для отстройки 10 Гц и <–165 дБ/Гц для отстройки >50 кГц. Прибор выполнен во фрезерованном корпусе, обладает высокой вибро- и ударопрочностью, имеет выходной сигнал SIN и напряжение питания 12 В.

4. ГК213-ТС — прибор, у которого практически отсутствует деградация фазовых шумов при воздействиях мощной ШСВ. Гарантированный уровень фазовых шумов <–135 дБ/Гц для отстройки 100 Гц и <–160 дБ/Гц для отстройки 10 кГц. ГК213-ТС обеспечивает стабильность частоты до ±5·10–7 в интервале рабочих температур –55...+70°С и долговременную стабиль-ность частоты до 3·10–7 за год. Генератор может поставляться для широкого диапазона частот, при этом стандартными являются частоты 48, 56, 60 и 100 МГц.

Указанные приборы поставляются с приемкой «5» и вклю-чены (либо будут включены в ближайшее время) в «Перечень электрорадиоизделий, разрешенных к применению…» (МОП44).

Дополнительная информация об этих и других прибо- рах доступна на обновленном сайте ОАО «МОРИОН» www.morion.com.ru.

ОАО «Морион»www.morion.com.ru Дополнительная информация:см. «Морион», ОАО

79

электронные компоненты №7 2009

МК И DSP

32-разрядный микроконтроллер с поддержкой MAC Ethernet от Freescale

Компания Freescale выпустила новую серию микроконтрол-леров на базе 32-разрядного ядра ColdFire V1 — MCF51CN. Новая серия совмещает в себе низкую стоимость, контроллер 10/100 Ethernet MAC и набор коммуникационных интерфейсов.

Подобный набор функций делает эти микроконтроллеры идеальным решением для устройств, где требуется преобра-зование данных из последовательного интерфейса в Ethernet, например в системах контроля доступа, автоматизации, медицинском оборудовании.

Компания Freescale также предоставляет операционную систему реального времени MQXTM и стеки протоколов TCP/IP.

Основные характеристики семейства MCF51CN.– Внешняя шина памяти (поддерживается до 2 Мбайт

внеш ней памяти).– Внутренняя память: 128 Кбайт флэш-память, 24 Кбайт SRAM.– Контроллер 10/100 Ethernet MAC.– Последовательные интерфейсы: 2 x I2C, 2 x SPI, 3 x UART.– 12-канальный 12-разрядныйАЦП.– До 70 портов ввода/вывода общего назначения.– Напряжение питания: 1,8…3,6 В.

– Рабочий температурный диапазон –40…85 °С.– 48-выводной корпус QFN.Структура микроконтроллера представлена на ри сунке.В качестве отладочного комплекта компания Freescale

выпускает систему Tower System (TWR-MCF51CN-KIT ), состоя-щую из нескольких дочерних плат и модулей:

– процессорный модуль TWR-MCF51CN;– интерфейсный модуль TWR-SER (поддержка Ethernet,

USB, RS232, RS485,CAN);– объединительная плата TWR-ELEV (обеспечивает соеди-

нение процессорного и интерфейсного модуля).Freescale Semiconductorwww.freescale.comДополнительная информация:см. «Элтех», ЗАО

Microchip Technologysale@gamma.spb.ruwww.microchip.com

«Морион», ОАО199155, С.-Петербург, пр. Кима, д. 13аТел.: (812) 350-75-72, (812) 350-9243Факс: (812) 350-72-90, (812) 350-15-59sale@morion.com.ruwww.morion.com.ru

«ЭКО», ООО107553, Москва, ул. Б. Черкизовская, 20, стр.1, оф.307Тел.: (499) 161-9183electron@e-co.ruwww.e-co.ru

«Элтех», ООО198035, С.- Петербург, ул. Двинская, 10, к. 6АТел.: (812) 635-50-60, факс: (812) 635-50-70info@eltech.spb.ruwww.eltech.spb.ru