وبلاگ شرکت در مورد میکروکنترلر USB ColdFire V1 Flexis 32 بیتی 50 مگاهرتز NXP MCF51JM64

شرکت شنزن مینگجیا دا الکترونیکس با مسئولیت محدود، NXP را تامین می کند.MCF51JM64میکروکنترلر USB ColdFire V1 فلکسیس 32 بیتی 50 مگاهرتز.

I.MCF51JM64موقعیت محصول: بخش میانی 32 بیتی در پیوستگی کنترلر فلکسیس
MCF51JM64 متعلق به شاخه 32 بیتی پیوستگی کنترلر فلکسیس NXP است. این معماری به گونه ای طراحی شده است که خطوط تولید محصولات S08 8 بیتی و ColdFire V1 32 بیتی از نظر پیکربندی های جانبی، تعاریف پین و ابزارهای توسعه تا حد امکان نزدیک به هم باشند، به طوری که هنگامی که مهندسان از MC9S08JM60 به سری MCF51JM ارتقا می یابند، تغییرات سخت افزاری حداقل و مسیر مهاجرت کد روشن باشد.

در خانواده MCF51JM، سه نوع مختلف بر اساس ظرفیت فلش وجود دارد: MCF51JM128 (128 کیلوبایت)، MCF51JM64 (64 کیلوبایت) و MCF51JM32 (32 کیلوبایت). هر سه دارای 16 کیلوبایت SRAM و منابع جانبی اساساً یکسان هستند. MCF51JM64 موقعیت میانی را اشغال می کند، فضای سخاوتمندانه تری را برای پشته های پروتکل و سفت افزار نسبت به نسخه 32 کیلوبایتی ارائه می دهد، در حالی که از هزینه نسبتاً بالای نسخه 128 کیلوبایتی اجتناب می کند؛ بنابراین برای کاربردهایی که ارتباط USB را با منطق کنترل در مقیاس متوسط ترکیب می کنند، بسیار مناسب است.

II.MCF51JM64معماری هسته: هسته ColdFire V1 و پیکربندی حافظه
MCF51JM64 از یک هسته RISC ColdFire V1 32 بیتی با حداکثر فرکانس هسته 50.33 مگاهرتز و فرکانس گذرگاه 25 مگاهرتز استفاده می کند. هسته در محدوده ولتاژ 2.7 ولت تا 5.5 ولت و محدوده دمای محیطی 40- درجه سانتیگراد تا +105 درجه سانتیگراد کار می کند، مشخصات کامل درجه صنعتی را برآورده می کند و آن را برای استفاده مستقیم در دستگاه های میدانی که به محدوده های دمایی و ولتاژی گسترده نیاز دارند، مناسب می کند.

از نظر حافظه، با 64 کیلوبایت فلش و 16 کیلوبایت SRAM پیکربندی شده است. فلش از عملیات خواندن، برنامه ریزی و پاک کردن در کل محدوده ولتاژ و دمای عملیاتی پشتیبانی می کند و برای استفاده در شرایط دمای پایین یا ولتاژ پایین نیازی به کاهش رتبه ندارد. SRAM مجهز به یک مدار ایمنی برای محافظت از مناطق داده حیاتی است و از بازنویسی تصادفی در صورت فرار برنامه جلوگیری می کند. برای پشته های پروتکل دستگاه USB، بافرینگ پیام CAN و کشینگ داده برای نمونه برداری چند کاناله، 16 کیلوبایت ظرفیت سخاوتمندانه ای برای این کلاس از دستگاه ها نشان می دهد.

کانال اشکال زدایی هسته، رابط تک سیمی BDM (حالت اشکال زدایی پس زمینه) است؛ هنگامی که با یک پروب اشکال زدایی OSBDM یا P&E استفاده می شود، شبیه سازی در مدار، نقاط توقف و عملیات خواندن/نوشتن حافظه را بدون نیاز به استفاده از جانبی های ارتباطی اضافی امکان پذیر می کند.

سیستم ساعت توسط مولد ساعت چند منظوره MCG مدیریت می شود که شامل FLL و PLL است. استفاده از یک ساعت مرجع داخلی نیاز به یک نوسان ساز کریستال خارجی را از بین می برد و در نتیجه زمان بوت را کاهش می دهد؛ با این حال، هنگامی که USB فعال می شود، یک منبع ساعت خارجی با دقت بالا برای اطمینان از حاشیه زمان کافی برای ارتباطات تمام سرعت 12 مگابیت بر ثانیه مورد نیاز است.

III.MCF51JM64زیرسیستم USB: OTG دوگانه نقش نقطه فروش اصلی این تراشه است
MCF51JM64 یک کنترلر OTG USB دوگانه نقش را ادغام می کند که با مشخصات USB 2.0 Full-Speed مطابقت دارد و می تواند بین سه پیکربندی سوئیچ کند: دستگاه، میزبان و OTG. این بدان معناست که یک تراشه واحد می تواند هم به عنوان یک دستگاه USB slave متصل به یک کامپیوتر میزبان عمل کند و برعکس، نقش میزبان را برای خواندن درایوهای فلش USB یا اتصال جانبی های HID بر عهده بگیرد، بنابراین نیاز به یک تراشه کنترلر میزبان USB جداگانه را از بین می برد.

این تراشه یک فرستنده گیرنده USB و یک مدار رگولاتور ولتاژ 3.3 ولت را ادغام می کند (به سادگی یک خازن خارجی را به پین VUSB33 وصل کنید)؛ در خارج، فقط خطوط دیفرانسیلی USB، تشخیص VBUS و حفاظت ESD باید مدیریت شوند، که منجر به یک صورتحساب مواد نسبتاً ساده می شود.

اکوسیستم نرم افزاری یکی دیگر از نقاط قوت این تراشه است. NXP یک پشته پروتکل USB کامل برای سری JM ارائه می دهد: پشته دستگاه، پشته میزبان، پشته OTG، و همچنین کتابخانه PHDC و کتابخانه سیستم فایل MSD FATFS برای اتصال پزشکی. یادداشت های کاربردی رسمی همچنین دو راه حل آماده به استفاده را ارائه می دهند: طراحی پل CAN به USB در AN3690 و بوت لودر USB در AN3748؛ اینها اساساً با دنبال کردن دستیار قابل پیاده سازی هستند.

IV.MCF51JM64منابع آنالوگ و زمان بندی: برای نمونه برداری و کنترل حلقه بسته
جلوی آنالوگ شامل یک ADC تقریب متوالی 12 بیتی است که از حداکثر 12 کانال ورودی پشتیبانی می کند. این دستگاه دارای حالت های تبدیل تکی و تبدیل پیوسته است و از یک تابع مقایسه خودکار پشتیبانی می کند که می تواند مستقیماً هنگام تجاوز مقدار نمونه برداری شده از یک آستانه، وقفه ایجاد کند، بنابراین بار نظرسنجی CPU را کاهش می دهد. تعداد کانال ها بسته به بسته بندی متفاوت است؛ نسخه 80 پین جامع ترین مجموعه را ارائه می دهد، در حالی که نسخه های 64 پین و 44 پین بسته به مالتی پلکسینگ پین، تعداد کمتری دارند. همچنین دارای یک مقایسه کننده آنالوگ (ACMP) است که می تواند برای تشخیص عبور از صفر، نظارت بر منبع تغذیه یا مقایسه آستانه ساده استفاده شود.

منابع زمان بندی شامل دو واحد است: TPM1، یک تایمر 16 بیتی 6 کاناله، و TPM2، یک تایمر 2 کاناله؛ در مجموع، اینها هشت کانال را فراهم می کنند که می توانند به طور مستقل به عنوان ورودی کپچر، خروجی مقایسه یا PWM هم تراز لبه پیکربندی شوند. این تعداد کانال برای کاربردهایی مانند درایورهای موتور کوچک، کم نور کردن LED، درایورهای بازر و اندازه گیری پالس چند کاناله کافی است. علاوه بر این، یک تایمر مدولاسیون حامل CMT وجود دارد که به طور خاص برای تولید حامل 38 کیلوهرتز و شکل موج های پروتکل برای کنترل از راه دور مادون قرمز طراحی شده است؛ ساعت زمان واقعی RTC مسئول زمان بندی کم مصرف و برنامه های مبتنی بر تقویم است.

V.MCF51JM64رابط های ارتباطی: CAN، دو پورت سریال، دو SPI، دو I²C
جانبی های ارتباطی حوزه دیگری هستند که این خانواده در آن برتری دارد. کنترلر MSCAN از ارتباط گذرگاه CAN پشتیبانی می کند و سازنده راه حل بوت لودر CAN AN4511 را ارائه می دهد که امکان به روز رسانی سفت افزار از طریق هوا را فراهم می کند. لطفاً توجه داشته باشید که بسته 44 پین شامل پین های CAN نیست؛ هنگام انتخاب دستگاه، بررسی نوع بسته بندی ضروری است.

سایر رابط ها شامل دو پورت سریال ناهمزمان SCI، دو پورت SPI، دو پورت I²C و حداکثر هشت خط وقفه صفحه کلید (KBI) است. تعداد پین های GPIO بسته به بسته بندی متفاوت است: 66 (80 پین)، 51 (64 پین) و 33 (44 پین). همچنین یک پورت GPIO سریع 16 بیتی (RGPIO) وجود دارد؛ بسته 80 پین تمام 16 بیت را ارائه می دهد، بسته 64 پین 6 بیت را ارائه می دهد، در حالی که بسته 44 پین این ویژگی را شامل نمی شود و آن را برای کاربردهایی که نیاز به انتقال حالت با تأخیر کم دارند، مناسب می کند.

VI.MCF51JM64امنیت و قابلیت اطمینان سیستم
مکانیسم های حفاظت سیستم شامل یک ساعت نگهبان مستقل (COP)، تشخیص ولتاژ پایین (LVD) و یک مدار امنیتی فلش است که حفاظت خواندن را برای حافظه روی تراشه فراهم می کند تا از خوانده شدن سفت افزار از خارج جلوگیری شود.

یک نکته کلیدی در مورد قابلیت های رمزگذاری وجود دارد: CAU (واحد شتاب دهنده رمزنگاری) و RNGA (آرایه مولد عدد تصادفی) ویژگی های استاندارد در کل محدوده محصول نیستند؛ فقط نسخه هایی که حرف 'E' در شماره مدل آنها وجود دارد (مانند MCF51JM64EVLH) دارای این اجزای سخت افزاری هستند. CAU اجرای الگوریتم هایی مانند AES، DES و SHA را تسریع می کند، در حالی که RNGA منبع عدد تصادفی مبتنی بر سخت افزار را فراهم می کند و آن را برای طرح هایی که نیاز به ارتباطات رمزگذاری شده، ذخیره کلید یا احراز هویت امن دارند، مناسب می کند. نسخه های استاندارد (مانند MCF51JM64VLH) شامل شتاب دهنده رمزگذاری نیستند؛ رمزگذاری باید از طریق نرم افزار پیاده سازی شود که منجر به کاهش عملکرد و امنیت می شود.

VII.MCF51JM64بسته بندی ها و نسخه های قابل سفارش: 8 شماره قطعه متمایز
MCF51JM64 در 8 نسخه قابل سفارش موجود است که 4 ترکیب از انواع بسته بندی و قابلیت های رمزگذاری را پوشش می دهد:
اول، MCF51JM64VLK، یک LQFP 80 پین بدون شتاب دهنده رمزنگاری.

دوم، MCF51JM64EVLK، یک LQFP 80 پین با CAU و RNGA.

سوم، MCF51JM64VLH، یک LQFP 64 پین (10×10 میلی متر) بدون شتاب دهنده رمزنگاری.

چهارمین نوع: MCF51JM64EVLH، LQFP 64 پین، با CAU و RNGA.

پنجمین نوع: MCF51JM64VQH، QFP 64 پین، 14×14 میلی متر، بدون شتاب دهنده رمزنگاری.

ششمین نوع: MCF51JM64EVQH، QFP 64 پین، با CAU و RNGA.

هفتمین نوع MCF51JM64VLD، یک LQFP 44 پین، 10×10 میلی متر، بدون شتاب دهنده رمزنگاری یا CAN است.

هشتمین نوع MCF51JM64EVLD، یک LQFP 44 پین، با CAU و RNGA، اما بدون CAN است.

تمام انواع در محدوده دمای صنعتی 40- درجه سانتیگراد تا +105 درجه سانتیگراد کار می کنند. قرارداد نامگذاری قطعه را می توان به شرح زیر شکست: 'MCF51' نشان دهنده خانواده ColdFire V1 51 است؛ 'JM' کد سری است؛ '64' نشان دهنده 64 کیلوبایت فلش است؛ 'E' نشان می دهد که واحد شتاب دهنده رمزگذاری فعال است؛ 'V' نشان دهنده درجه حرارت صنعتی است؛ 'L' و 'Q' بین بسته های LQFP و QFP تمایز قائل می شوند؛ و حروف نهایی 'K'، 'H' و 'D' به ترتیب با 80، 64 و 44 پین مطابقت دارند. هنگام تهیه یا جایگزینی قطعات، تا زمانی که این پسوندها را تشخیص دهید، شماره قطعات با و بدون رمزگذاری را اشتباه نخواهید گرفت.

VIII. سناریوهای کاربردی معمول برایMCF51JM64
دسته اول شامل پل های USB به CAN و ابزارهای تشخیص گذرگاه است. اینها برای تجهیزات تشخیص روی برد، گیت وی های گذرگاه میدانی صنعتی و تحلیلگرهای شبکه CAN مناسب هستند؛ USB دوگانه نقش، هنگامی که با MSCAN جفت می شود، یک راه حل پل کامل را تشکیل می دهد.

دسته 2: جمع آوری داده و اتصال USB برای دستگاه های پزشکی. مناسب برای ابزارهای پزشکی قابل حمل و پایانه های نظارت بر سلامت؛ کتابخانه کلاس PHDC رسمی و کتابخانه اتصال پزشکی را می توان مستقیماً مجدداً استفاده کرد و چرخه های صدور گواهینامه و توسعه را کوتاه کرد.

دسته 3: ماژول های جمع آوری داده صنعتی. مناسب برای جمع آوری آنالوگ چند کاناله، متمرکز کننده های سنسور و I/O از راه دور؛ ADC 12 بیتی، همراه با پورت های سریال دوگانه و رابط های I²C دوگانه، امکان اتصال همزمان دستگاه های مختلف حسگر و ذخیره سازی را فراهم می کند.

دسته چهارم شامل جانبی های رابط انسانی (HID) USB و رابط انسان و ماشین است. مناسب برای صفحه کلیدهای صنعتی، اسکنرهای بارکد، آداپتورهای USB به سریال و دستگاه های امنیتی مانند دانگل ها؛ به طور خاص، نسخه های با پسوند 'E' می توانند از توابع رمزگذاری و احراز هویت پشتیبانی کنند.

دسته پنجم شامل کنترل ساختمان و کنترل حرکت در مقیاس کوچک است. مناسب برای کنترل سرعت فن ها و پمپ ها، محرک های شیر و کم نور کردن نور؛ هشت کانال PWM و ACMP برای تشکیل یک سیستم حلقه بسته کم هزینه کافی هستند.

دسته 6: نگهداری پلتفرم های قدیمی و آزمایش های آموزشی. مناسب برای قطعات یدکی در نگهداری خطوط تولید قدیمی، دوره های سیستم های تعبیه شده دانشگاهی و بردهای آموزشی معماری ColdFire؛ تطابق بین معماری فلکسیس و S08 توضیح مهاجرت از سیستم های 8 بیتی به 32 بیتی را تسهیل می کند.

IX.MCF51JM64ملاحظات طراحی و ریسک های انتخاب
در بخش منبع تغذیه، جداسازی باید به طور جداگانه برای VDD و VDDA انجام شود، در حالی که زمین های آنالوگ و دیجیتال باید در یک نقطه واحد همگرا شوند؛ پین VUSB33 باید به یک خازن پایدار با ظرفیت مشخص شده متصل شود، در غیر این صورت فرستنده گیرنده USB به طور نامطمئن عمل خواهد کرد. کنترل امپدانس و حفاظت ESD باید برای خطوط دیفرانسیلی USB پیاده سازی شود و حاشیه کافی برای تقسیم کننده ولتاژ تشخیص VBUS در نظر گرفته شود. در مورد طراحی ساعت، هنگام کار از طریق USB باید از یک نوسان ساز کریستال خارجی استفاده شود؛ اتکا به نوسان ساز داخلی RC مجاز نیست.

برنامه ریزی فلش باید به صورت بخش به بخش انجام شود، زیرا تعداد چرخه های پاک کردن/نوشتن محدود است. برای برنامه هایی که شامل نوشتن پارامترهای مکرر است، توصیه می شود از یک EEPROM خارجی استفاده کنید یا از ناحیه RAM رزرو شده به عنوان کش استفاده کنید. در طول مرحله اشکال زدایی، توصیه می شود ابتدا از یک پروب BDM برای آشکار کردن پین های BDM استفاده کنید؛ پس از تولید انبوه، ارتقاء در میدان را می توان از طریق بوت لودرهای CAN یا USB انجام داد.

بزرگترین ریسک از چرخه عمر محصول ناشی می شود. این سری به وضعیت پایان عمر رسیده است و نسبت سهام جدید و بازسازی شده در بازار در حال افزایش است. طرح های جدید باید مهاجرت به سری ColdFire+ MCF51Jx یا پلتفرم های هنوز در حال تولید، مانند Kinetis و LPC را ارزیابی کنند؛ خطوط تولید موجود باید کانال های تامین پایدار را تضمین کرده و موجودی قطعات یدکی را ایجاد کنند.