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2011-10-13

為工業應用量身訂作的低成本高效能32位元微控制器

2011/10/13-陳毅斌
 
工業應用被價格便宜的8位元和16位元微控制器限制而無法滿足效能的時代已經過去了。現在,有良好價格競爭力且專門為工業量身訂做的32位元微控制器已經出現,設計者可在不用超出預算下提升系統效能。
 
消費性應用中,高容量不是唯一的設計重點,還必須在更低的價格要求下需要更高的效能。在工業界存在著相同的競爭壓力,設計者總是被要求效能再提升但價格不能增加。因此,工程師們已經習慣地依賴以一般應用設計且價格不高的8位元和16位元微控制器來完成設計工作。但現今的系統需求已經增加,這是不爭的事實。以馬達控制領域為例,嶄新的、更有效率的技術,例如無刷馬達,就需要更複雜的控制演算法。
 
恩智浦半導體的LPC1100微控制器系列特別為工業應用而優化,而且讓設計者在價格競爭下,完成更精密的設計。基於ARM的高性能與低功耗 32位元 Cortex-M0架構,LPC1100系列包含了1組特別的週邊功能,是工業應用心目中的首選。圖1即是LPC1100架構概念。


卓越的運算效能

在 Dhrystone 基準測試下,LPC1100系列達到了每秒0.9 DMIPS的運算能力。其它的基準測試,由Coremark(www.coremark.org)專注在更多的嵌入式系統的效能分析,秀出了LPC1100系列可以達到每兆赫1.4 CoreMarks。和標準的8位元與16位元微控制器相比,這是一個極高的分數 (請見圖2)。

這個優秀的效能, 其提供的價格範圍,在歷史上只有8位元和16位元處理器才有,對工業應用而言,是1個非常重要的優勢 。加上整合了 NVIC (巢狀向量中斷控制器) 提供了1個只有16個週期的標準中斷延時。 算術運算方面有1個新的類似DSP的命令支援。 例如,1個32位元的乘法運算只需要1個時脈週期就可以完成。 極短的中斷延時加上決定性的中斷行為讓LPC1100 成為最適合應用在即時系統的應用。


電源管理

低功耗模式例如睡眠(核心時脈停止運作)及深度睡眠 (鎖相迴路和系統時脈停止運作)增加了效率並且降低了功率消耗。這個省電架構將進入與離開這些省電模式所需的時間最小化,所以不會影響全部的效能。

功率消耗在運算模式及睡眠模式在程式運行中可以被進一步的優化,只需要透過1個簡單的呼叫恩智浦特有的省電命令。這些設定程序讓優化的動作飛快地進行,而且在預設模式下,有一個模式專門用來優化處理能力,另外的效率模式可以平衡電流消耗及CPU效能,低電流模式可以把功率消耗最小化。


特別的週邊裝置

LPC1100系列提供了一些功能,例如UART、I2C以及SPI串列傳輸介面,強化了系統的通訊能力。The LPC11U00系列新增了1個 USB 2.0介面,而 LPC11C00 則包括了1個CAN 介面。所以設計者可以從每個協定裏選擇1個最適合自己的工業應用。在軟體的驅動程式方面,例如 CAN、CANOpen或 USB等都已經幫使用者內建在唯讀記憶體內了。如此不僅可以降低設計者的開發風險,更為使用者爭取了更多的記憶體空間(最高32KB 快閃記憶體)。

 

 

 

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