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大容量Flash型AT91系列ARM核微控制器
引 言
AT91FR40162是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的AT91系列微控制器中的一員，具有ARM7TDMI核、大容量Flash存儲(chǔ)器以及片內(nèi)SRAM和外圍。這種微控制器的特點(diǎn)是高性能--32位RISC體系結(jié)構(gòu)、高密度--16位指令集、低功耗以及實(shí)時(shí)性，擴(kuò)充的Flash存儲(chǔ)器還增加了開發(fā)者使用的靈活性。除此以外，大量的內(nèi)部分組寄存器加速了對(duì)異常的處理過(guò)程，從而使其更適合于實(shí)時(shí)控制的應(yīng)用。8級(jí)基于向量的優(yōu)先級(jí)中斷控制器和外圍數(shù)據(jù)控制器PDC大大增強(qiáng)了實(shí)時(shí)器件的性能。此器件適用于開發(fā)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、MP3、銷售終端、GPS接收機(jī)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等對(duì)功耗敏感且要求具有實(shí)時(shí)性的產(chǎn)品。AT91FR40162微控制器的特點(diǎn)是在一個(gè)121-ball BGA封裝中集成了256 KB的片內(nèi)SRAM和16 Mbit的Flash存儲(chǔ)器。它為許多計(jì)算密集的嵌入式控制應(yīng)用領(lǐng)域提供了功能強(qiáng)大、使用靈活且性價(jià)比高的解決方案，同時(shí)還可以幫助用戶減小PCB尺寸和系統(tǒng)成本。Flash存儲(chǔ)器可以通過(guò)JTAG/ICE接口或者廠家編寫的Flash Uploader軟件進(jìn)行編程，從而使AT91FR40162適合于在系統(tǒng)可編程應(yīng)用。
1 功能框圖及產(chǎn)品特點(diǎn)
AT91FR40162的功能框圖如 圖1所示。
AT91FR40162的主要特點(diǎn)是：ARM7TDMI處理器核、256 KB的片內(nèi)SRAM和1024 K字的16位Flash存儲(chǔ)器、完全可編程的外部總線接口EBI、具有8個(gè)優(yōu)先級(jí)且可以獨(dú)立屏蔽的向量中斷控制器、32個(gè)可編程的I/O口線、3通道的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、2個(gè)通用同步/異步收發(fā)器USART、可編程的看門狗定時(shí)器、先進(jìn)的省電特性、完全靜態(tài)的操作、2.7~ 3.6 V的I/O工作范圍和1.65~1.95 V的內(nèi)核工作范圍、 -40~85℃的運(yùn)行溫度范圍以及121-ball 10 mm×10 mm×1.2 mm BGA封裝（球的直徑為0.8 mm）。
2 體系結(jié)構(gòu)
AT91FR40162是由Atmel公司的AT91R40008 ARM/Thumb微控制器和1個(gè)AT49BV1604A/1614A 16Mbit Flash存儲(chǔ)器集成的121-ball BGA封裝器件。除了Flash存儲(chǔ)器使能信號(hào)以外的所有地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)都是內(nèi)部互連的。
AT91R40008體系結(jié)構(gòu)包括2條主要總線：先進(jìn)的系統(tǒng)總線ASB和先進(jìn)的外圍總線APB。ASB被設(shè)計(jì)為最佳性能，由存儲(chǔ)控制器控制。ARM7TDMI通過(guò)ASB與片內(nèi)32位存儲(chǔ)器、外部總線接口EBI和AMBA橋進(jìn)行接口。AMBA橋驅(qū)動(dòng)APB，APB被設(shè)計(jì)用于訪問(wèn)片內(nèi)外圍并且進(jìn)行了低功耗優(yōu)化。
AT91FR40162將ARM7TDMI處理器的ICE端口接到一些專用的引腳上，從而為目標(biāo)調(diào)試提供了完整、低價(jià)且易用的調(diào)試解決方案。
2.1 存儲(chǔ)器
AT91FR40162嵌入了256 KB的內(nèi)部SRAM。這個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)器是單周期訪問(wèn)的，它直接與32位數(shù)據(jù)總線相連。這樣通過(guò)使用微控制器的ARM指令集在66 MHz下可以提供60 MIPS的最高性能，同時(shí)降低了系統(tǒng)功耗。AT91FR40162以擁有1個(gè)外部總線接口EBI為特性，它用于連接外部存儲(chǔ)器和專用外圍設(shè)備。EBI支持8或16位器件并且可以使用2個(gè)8位器件來(lái)仿真1個(gè)16位器件。EBI執(zhí)行早讀協(xié)議，與標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)器接口相比，能夠提供更快的存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度。AT91FR40162嵌入了1個(gè)由1024K個(gè)16位字組成的Flash存儲(chǔ)器，通過(guò)EBI可以訪問(wèn)它。Flash的主要功能是作為程序存儲(chǔ)器。1條16位的Thumb指令可以在1個(gè)訪問(wèn)周期從Flash存儲(chǔ)器被加載。分離的MCU和Flash復(fù)位輸入（NRST和NRSTF）是為了得到最大的系統(tǒng)靈活性，方便用戶自由地根據(jù)應(yīng)用選擇復(fù)位操作。AT91FR40162集成了一個(gè)叫作AT91 Flash Uploader的駐留引導(dǎo)軟件。AT91 Flash Uploader軟件能夠向Flash存儲(chǔ)器加載應(yīng)用軟件。
2.2 外 圍
AT91FR40162集成了多個(gè)外圍，它們被分成2類：系統(tǒng)外圍和用戶外圍。所有的片內(nèi)外圍都可以通過(guò)AMBA橋接受32位的訪問(wèn)。外圍寄存器由控制寄存器、模式寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和使能/禁止/狀態(tài)寄存器組成。外圍數(shù)據(jù)控制器PDC在片內(nèi)USART和片內(nèi)或片外的存儲(chǔ)器之間傳輸數(shù)據(jù)，并且無(wú)需處理器的介入。最重要的一點(diǎn)是，PDC消除了數(shù)據(jù)傳輸中斷的額外開銷，從而在不需要重新編程起始地址的情況下可以連續(xù)傳輸高達(dá)64 KB的數(shù)據(jù)。這樣不僅增加了微控制器的性能，而且降低了功耗。
（1）系統(tǒng)外圍
外部總線接口（EBI）通過(guò)1條8位或16位數(shù)據(jù)總線控制外部存儲(chǔ)器或外部設(shè)備，它通過(guò)APB被編程。每一條芯片選擇口線有它自己的編程寄存器。省電模塊（PS）實(shí)現(xiàn)空閑模式（ARM7TDMI核時(shí)鐘停止直到有下一個(gè)中斷），并且允許用戶根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整微控制器的功耗（由獨(dú)立的外圍時(shí)鐘控制）。先進(jìn)的中斷控制器AIC控制來(lái)自內(nèi)部外圍的中斷源和4個(gè)外部中斷口線（包括FIQ），從而為ARM7TDMI提供中斷或/和外部中斷請(qǐng)求。它通過(guò)集成1個(gè)8優(yōu)先級(jí)中斷控制器以及使用自動(dòng)向量特性，降低了中斷延遲時(shí)間。并行輸入/輸出控制器PIO控制高達(dá)32條I/O口線。它使用戶可以選擇特定的引腳作為片內(nèi)外圍的輸入輸出，或者作為通用的輸入/輸出信號(hào)。可以編程PIO控制器來(lái)檢測(cè)每條線上的信號(hào)發(fā)生變化引起的中斷。看門狗定時(shí)器WD用于防止當(dāng)軟件進(jìn)入死鎖陷阱時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)鎖定。特殊功能SF模塊集成了芯片ID、復(fù)位狀態(tài)和保護(hù)寄存器。
（2）用戶外圍
2個(gè)獨(dú)立配置的USART可以高波特率進(jìn)行同步或異步通信。每一個(gè)USART還包含1個(gè)超時(shí)寄存器和1個(gè)時(shí)間確保（Time Guard）寄存器，從而方便了2個(gè)專用外圍數(shù)據(jù)控制器PDC通道的使用。
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