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32位ARM核微处理器芯片PUC2030A及其应用
32位ARM核微处理器芯片PUC2030A及其应用 关键词：ARM7TDMI SOC RISC CPU PUC3030A MP3 英国ＡＲＭ公司设计的３２位ＲＩＳＣ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒ ｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＰＵ芯核（简称ＡＲＭ芯核），具 有功耗低、成本低等显著优点 目前已占有７５％以上的３２位嵌入式产品市 场。而ＡＲＭ系列芯片即为各个半导体厂家开发的基于ＡＲＭ芯核的芯片。目前 设计、生产ＡＲＭ芯片的国际大公司已经超过１００多家，国内中兴集成电路和 华虹等公司也已经购买ＡＲＭ公司的芯核用于通讯专用芯片和加密ＩＣ卡的设 计。ＰＵＣ３０３０Ａ是德国Ｍｉｃｒｏｎａｓ公司开发的基于３２位ＡＲ Ｍ核的高性能低功耗微处理器。采用ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核，内部集成了ＵＳＢ １．１接口控制器，ＲＴＣ为带日历和报警功能的实时时钟，内部看门电路，功 率管理，加密控制器，２５６Ｋ字节ＦＬＡＳＨ ５６Ｋ字节ＳＲＡＭ等。在许 多应用领域其系统成本远低于采用８０５１加扩展芯片的方案。由于Ｍｉｃｒｏ ｎａｓ公司及其第三方设计室提供了众多的程序库，加上ＡＲＭ公司ＡＤＳ１． ２集成开发环境支持Ｃ和Ｃ＋＋ 使得其软件开发也十分容易。因此，ＰＵＣ３ ０３０Ａ将是许多电子产品方案的选择之一。
１ ＰＵＣ３０３０Ａ的结构特点及性能指标 ＰＵＣ３０３０Ａ的内部功能框图如图１所示。
ＰＵＣ３０３０Ａ内部为６４ＭＨｚ ＡＲＭ７ＴＤＭＩ ３２位微处理 器，约６０ＭＩＰＳ，固定为小模式运行，可以处理ＭＰ３、ＡＡＣ等数字音频 的解码和语音的编解码，具有完成一定数据处理分析的功能。ＰＵＣ３０３０Ａ 内置４８ＫＢ通用ＳＲＡＭ和２５６ＫＢ Ｆｌａｓｈ ＲＡＭ。另有存储器保护 单元和加密控制器，使其具有很好的程序和数据保密功能。
ＰＵＣ３０３０Ａ有内部ＰＬＬ和功率控制器，使用６ＭＨｚ外部晶体即 可提供６４ＭＨｚ内部工作频率，支持操作、空闲、休眠和关断四种模式。
图1 PUC3030A的内部功能框图ＰＵＣ３０３０Ａ的ＵＳＢ１．１接口支持控制传送、块传送、中断传送和 等时传送方式。支持等时传送方式是ＰＵＣ３０３０Ａ的ＵＳＢ接口的一大特点， 是其它大多数ＣＰＵ的内嵌ＵＳＢ控制器所不支持的功能。此功能可以支持ＵＳ Ｂ音频和实时数据传输。其ＵＳＢ接口具有８ＫＢ ＦＩＦＯ 也是其它大多数 ＣＰＵ的内嵌ＵＳＢ控制器所不具备的，甚至比许多专用ＵＳＢ控制芯片具备更 多的ＵＳＢ数据缓存空间。
ＰＵＣ３０３０Ａ具有可灵活设置的中断控制器 每个ＧＰＩＯ都可以 被设置成ＦＩＱ或ＩＲＱ中断，每个ＧＰＩＯ的中断触发方式都可以设置成高电 平触发、低电平触发、上升沿触发、下降沿触发等四种触发方式，使得指轮盘、 红外接收器、键盘扫描等低速信号的处理完全可以处于背景程序中运行，不需要 一直占用ＣＰＵ时间进行扫描检测。
另外，ＰＵＣ３０３０Ａ还有Ｉ２Ｃ主／从接口，６６个ＧＰＩＯ，５个 同步串行口，主模式最高２４Ｍ位速率，从模式最高１６Ｍ位速率，支持ＳＰＩ、 Ｉ２Ｓ，多个同步串行口使得ＰＵＣ３０３０Ａ 特别适用于多通道ＵＳＢ音频 产品、ＬＥＤ多屏显示系统、多通道数据采集与控制系统。ＰＵＣ３０３０Ａ的 ２个全功能串行口支持高速红外数据传输（ＩｒＤＡ）。它还有３个３２位定时 ／计数器，内部看门狗定时器，ＲＴＣ实时时钟带日历和报警功能 ，ＢＧＡ８ １封装芯片无此功能。
ＰＵＣ３０３０Ａ具有ＪＴＡＧ调试接口，支持Ｍｕｌｔｉ－ＩＣＥ、Ｔ ｒａｃｅ３２和Ｊｅｅｎｉ等ＪＴＡＧ调试开发工具和ＡＤＳ、ＳＤＴ２．５等 开发软件，提供了良好的开发环境。
由于ＰＵＣ３０３０Ａ具有上述优异性能，在许多应用领域甚至比采用５ １系列芯片更具有成本优势。这是因为：对于一般的应用，如果采用５１芯片， 通常需要扩展１片ＳＲＡＭ芯片、１片ＲＴＣ芯片、１片Ｆｌａｓｈ芯片、２片 ８２５５ Ｉ／Ｏ扩展电路、１片ＵＳＢ控制芯片、１片看门狗电路；
除了运算 处理速度远低于ＰＵＣ３０３０Ａ芯片外，采用５１方案的成本远高于ＰＵＣ３ ０３０Ａ；
由于布线多、ＰＣＢ板面积大等问题，使得采用５１方案的电路可靠 性远低于采用ＰＵＣ３０３０Ａ的单芯片方案。
ＰＵＣ３０３０Ａ目前提供ＰＱＦＰ１００和ＬＦＢＧＡ８１两种封装 形式。ＰＱＦＰ１００的封装尺寸为２３．２ｍｍ×１７．２ｍｍ，ＬＦＢＧＡ ８１的封装尺寸为９ｍｍ×９ｍｍ。后者缺少ＲＴＣ功能，比前者的ＧＰＩＯ少，适合于ＰＣＢ面积特别小的场合。
２ ＰＵＣ３０３０Ａ具有竞争力的应用领域 ２．１ 便携式带Ｕ盘功能的ＭＰ３播放器 由于ＰＵＣ３０３０Ａ支持Ｎａｎｄ Ｆｌａｓｈ、ＭＭＣ、ＳＤＣ、Ｃ Ｆ卡等多种Ｆｌａｓｈ芯片和Ｆｌａｓｈ卡，并且可以通过ＧＰＩＯ模拟总线方 式支持硬盘，因此它最适宜用来开发便携式带Ｕ盘功能的ＭＰ３播放器。
ＰＵＣ３０３０Ａ使用ＡＲＭ核进行ＭＰ３数据的存取和解码。ＡＲＭ公 司提供了解码库，Ｍｉｃｒｏｎａｓ公司移植到ＰＵＣ３０３０Ａ上。操作系统 采用Ｍｉｃｒｏｎａｓ公司专门为便携式ＭＰ３播放器设计的实时操作系统，以 库文件形式提供。因此，用户只需修改相应的键盘显示程序即可完成产品设计， 大大缩短了用户的开发周期，减少人力资源的投入。
２．２ 支持长时间录音的数字录音笔 由于ＰＵＣ３０３０Ａ支持多种语音压缩格式，如果采用ＰＵＣ３０３０ Ａ作为数据编解码处理器，再利用其内置的ＵＳＢ１．１接口作为数据传输接口， 只需外接一片低成本的语音ＡＤＣ芯片和一片大容量的Ｆｌａｓｈ或ＭＭＣ卡 即可构成一个支持长时间录音的数字录音笔。ＰＵＣ３０３０Ａ内置ＲＴＣ，可 以自动记录每段录音的时间信息。
２．３ 基于ＵＳＢ１．１的便携式数据采集系统 由于ＰＵＣ３０３０Ａ具有适合于便携式数据采集系统的传输控制和数 据处理功能，因此，在采用ＵＳＢ总线供电时，只需外接ＡＤＣ／ＤＡＣ和电源 管理芯片就可以构成完整的ＵＳＢ数据采集系统。而且，由于ＰＵＣ３０３０Ａ 具有实时数据无损压缩的能力，在某些应用场合，如数据量大且数据可压缩比大 的音频和图像数据的采集系统，可以在低成本的ＵＳＢ１．１标准下实现高保真 的传送。
２．４ 手持式水表抄表系统 在ＰＵＣ３０３０Ａ推出之前， 由笔者承接开发的手持式水表抄表系统， 采用了Ｓａｍｓｕｎｇ公司的Ｓ３Ｂ４４Ｘ０芯片，需要外部扩展一片ＵＳＢ接口芯片ＵＳＢＮ９６０３、一片ＢｏｏｔＲｏｍ芯片２９Ｃ０４０、一片用于提 供程序运行空间的外部ＳＤＲＡＭ。而改用ＰＵＣ３０３０Ａ后， 由于ＰＵＣ ３０３０Ａ具有上述４种芯片的功能，可以用ＰＵＣ３０３０Ａ代替。这样大大 减少了ＰＣＢ板面积，简化了布线工作，显著地提高了系统的可靠性。另外，Ｐ ＵＣ３０３０Ａ的系统功耗很低，这个优点尤其适宜电池供电的手持式仪器。
２．５ 税控收款机 由于ＰＵＣ３０３０Ａ具有良好的程序和数据加密功能，并具有强大的数 据处理能力，可以运行数据库。而且，其内部的ＲＴＣ时钟可以提供每笔收款的 时间记录，２个全功能（含ＲＸＤ、ＣＴＳ、ＤＳＲ、ＤＣＤ、ＲＴＳ、ＤＴＲ、 ＲＩ、ＴＸＤ）的ＵＡＲＴ接口可以方便地与各种条码阅读器、磁卡阅读器、Ｉ Ｃ卡阅读器和Ｍｏｄｅｍ等设备连接。
２．６ ＵＳＢ条码阅读器／磁卡阅读机／智能卡读写及指纹识别门锁／ 考勤机 ＰＵＣ３０３０Ａ内置ＵＳＢ接口和ＲＴＣ，并具有良好的程序和数据加 密功能，且系统功耗低，可以构成ＵＳＢ总线供电的单芯片条码阅读器／磁卡阅 读机／智能卡读写机及指纹识别门锁／考勤机，不再需要外界电源变压器和串口 线等，易于安装和使用。内部ＲＴＣ可以提供每条记录的时间信息。
２．７ ＬＥＤ多屏显示系统 ＬＥＤ多屏显示系统广泛应用于机场、车站和码头等场合。ＰＵＣ３０３ ０Ａ的高速处理功能和多达５个高速ＳＰＩ接口，使得它特别适用于ＬＥＤ多屏 显示系统。传统的ＬＥＤ显示屏幕，基本上采用８０５１ ８位处理器外加许多 扩展芯片构成控制系统。下面以最常见的ＬＥＤ显示屏产品为例，对采用ＰＵＣ ３０３０Ａ的方案和采用５１芯片加扩展芯片的方案作一对比，如表１所示。
表1 采用PUC3030A的方案与采用51芯片加扩展芯片的方案比较 除了上述应用场合，ＰＵＣ３０３０Ａ还可以应用于其他许多领域，尤其 是需要带ＵＳＢ接口、Ｆｌａｓｈ、ＲＴＣ、多同步串口、多异步串口等资源的 应用场合。
