LPC800前生今世 第二章-系列總覽

前面一章已經(jīng)簡要地介紹了LPC800的基本特性和系列中各產(chǎn)品之間的對比。本章將通過框圖的形式，給出更詳細的配置信息，并引導(dǎo)讀者從框圖中捕捉到有用的信息。

下面先展示一下LPC81x/82x的框圖，然后再進行一些解讀。

圖1.LPC81x系統(tǒng)框圖

圖2.LPC82x系統(tǒng)框圖

從上面兩個框圖中，可以得到以下一些基本信息：

• LPC81x與LPC82x在系統(tǒng)架構(gòu)上是一樣的。兩者都是使用Cortex-M0+CPU核心，CPU通過AHB輕總線連接片內(nèi)存儲器(包括Flash、SRAM和ROM)，同時經(jīng)AHB至APB的橋接連接訪問各種片上外部設(shè)備。

• GPIO模塊與CPU有直接通道，CPU對它的訪問不需經(jīng)過AHB或APB總線。這是Cortex-M0+核心的主要特色之一，可以實現(xiàn)快速的GPIO訪問。由于此直接通道，GPIO的最快輸入輸出速度可以達到CPU時鐘速度的1/2，相對于Cortex-M3/M4產(chǎn)品，由于需要通過普通的系統(tǒng)總線，GPIO只能達到CPU時鐘速度的1/4，有本質(zhì)的區(qū)別。

• 框圖里可以清晰準(zhǔn)確地看出，每個系列的外設(shè)配置情況，包括外設(shè)的種類、數(shù)量、輸入輸出信號以及信號方向等。這里舉幾個例子，更詳細地看看：

a.LPC81x和LPC82x都具有3個USART模塊，每個USART模塊都有5個輸入輸出信號。

b.LPC82x具有4個I2C模塊，但LPC81x只有1個I2C模塊。

c.LPC82x具有ADC功能，但LPC81x沒有。ADC模塊最多有12個輸入端。

d.兩個系列都有SCT定時器，但LPC82x的SCT定時器輸入端具有一個“輸入選擇器”，而LPC81x的輸入端是與外界(通過開關(guān)矩陣)直接相連。

• 我們知道CPU訪問AHB上的設(shè)備的速度要快于訪問APB上的設(shè)備，優(yōu)先級也較高。從框圖中可以看到所有的外設(shè)，包括系統(tǒng)配置(SYSCON)和輸入輸出配置(IOCON)寄存器組，都是連接到APB總線，而SCT定時器卻是連接到AHB總線上，這樣的安排是為了保證可以更快地操控SCT。

• LPC82x具有DMA控制器，它連接到AHB總線上。LPC81x不具備DMA控制器。框圖中灰色框所標(biāo)示的設(shè)備，能夠觸發(fā)或請求DMA傳輸。

• 所有功能模塊的對外連接，都是通過“開關(guān)矩陣”實現(xiàn)的。

• 兩個系列分別有18或29個連接到開關(guān)矩陣的輸入輸出引腳，同時具有18或29個GPIO輸入輸出信號線。后面的開關(guān)矩陣(SWM)章節(jié)會詳細介紹，GPIO模塊的輸入輸出信號是如何通過開關(guān)矩陣連接到外部引腳的。

在芯片中，每一個功能模塊都相對獨立，它們通過一些功能信號與其它模塊連接互動；這些功能信號除了供電、時鐘、中斷是每個模塊都需要的以外，就是連接到AHB或APB總線上的總線信號(包括地址、數(shù)據(jù)和控制信號等)，CPU通過總線信號訪問功能模塊的寄存器組，實現(xiàn)配置和控制以及數(shù)據(jù)交換。在框圖中，每個功能模塊靠近總線一側(cè)的雙箭頭標(biāo)志，就是該模塊的總線信號。

對于具有需要連接到外部引腳的信號，框圖中用單線箭頭標(biāo)示出該信號的方向，并標(biāo)注了信號名稱。對于沒有連接到外部引腳的模塊，框圖中只畫出了它們的總線信號。例如加窗看門狗定時器、多速率定時器、CRC計算器、DMA控制器等模塊。

要特別提一下的是IOCON(輸入輸出配置)這個模塊，框圖中畫出了它與APB總線連接的這一端，這表示CPU通過APB總線訪問IOCON的寄存器組，圖中沒有畫出的是IOCON所控制的每一個IO引腳的部分，這部分內(nèi)容會在IOCON的相關(guān)章節(jié)中展示。

LPC83x的框圖與LPC82x的框圖非常相像，如果仔細比較就會發(fā)現(xiàn)以下一些差別，這些差別也反映在了上一章的對照表中：

圖3.LPC83x存儲器地址空間分配圖(片段)

圖4.LPC83x系統(tǒng)框圖

當(dāng)然，細心的讀者也注意到了，LPC83x的適用工作溫度范圍是-40°C ~ +85°C，LPC81x/LPC82x和LPC84x的適用工作溫度范圍擴大到-40°C ~ +105°C。

LPC84x相較前面幾個系列做了很大的擴充，整體的結(jié)構(gòu)沒有變，存儲器變大了，增加了一些新的外設(shè)，引腳數(shù)目也增加了很多，使得她的應(yīng)用范圍更廣，功能更靈活。

LPC84x的數(shù)據(jù)手冊和用戶手冊中，在框圖的畫法上換了一種風(fēng)格，這樣畫更強調(diào)功能性以及模塊的配置。同時在這個框圖中，可以比前面幾個系列的框圖更直觀地看到AHB總線矩陣的連接方式，讀者可以更清晰地了解系統(tǒng)運行時的性能。

圖5.LPC84x系統(tǒng)框圖(功能配置)

上圖中的綠色虛線框部分就是AHB矩陣，框中的豎線是兩個總線主設(shè)備，橫線是總線的從設(shè)備。主從設(shè)備的區(qū)分在于，主設(shè)備能夠主動發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，并且需要發(fā)出讀寫控制信號和驅(qū)動地址信號線，而從設(shè)備只能被動地接受地址和控制信號，發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

在AHB矩陣中，共有五組從設(shè)備：

• 默認存儲執(zhí)行指令的Flash閃存和ROM。

• 第一個8KB的SRAM，此存儲區(qū)的基本功能是存放程序運行時的數(shù)據(jù)，也可以用于存儲Cortex-M0+核心執(zhí)行指令的追蹤信息，供調(diào)試程序用。

• 第二個8KB的SRAM，此存儲區(qū)不能用于存放追蹤信息。

• AHB至APB的橋。

• SCT定時器、DMA控制器、CRC計算器、MTB控制器和FAIM控制器。

不同的主設(shè)備可以同時訪問不在同一組的從設(shè)備，例如在CPU從Flash取指令并執(zhí)行時，DMA控制器可以同時在SRAM中搬移數(shù)據(jù)；或者在CPU從第一個SRAM區(qū)存取數(shù)據(jù)的同時，DMA控制器在另一個SRAM區(qū)存取數(shù)據(jù)。

處在同一組的從設(shè)備，只能按順序分別被訪問。

讀者了解了這些內(nèi)部構(gòu)造，可以根據(jù)自己的需要合理安排程序的執(zhí)行順序，最大限度地利用芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路，實現(xiàn)最佳性能。

在APB總線上，掛了很多設(shè)備，圖中設(shè)備的順序是按照它們的寄存器組，在存儲空間分配的地址順序排列的。對照用戶手冊中的存儲器地址映像表，可以知道每個APB外設(shè)的寄存器組分別占據(jù)了16KB的地址空間，看門狗的寄存器組處于所有APB外設(shè)地址空間的最低地址。

下面的框圖是按照LPC81x/LPC82x/LPC83x的風(fēng)格，從使用者的視角重畫的LPC84x系統(tǒng)框圖。

圖6.LPC84x系統(tǒng)框圖(程序員視角)

與其它幾個系列的框圖比較，我們可以看出不少新的東西：

• 更多的Flash和SRAM容量。

• FAIM模塊。FAIM用于在系統(tǒng)啟動時，快速地配置其它模塊的初始狀態(tài)，包括引腳的方向和上拉或下拉，啟動時的ISP端口和配置，以及為低功耗而設(shè)置的低主頻啟動等。

• 定時器CTimer。該32位定時器有四個輸入捕獲和四個輸出匹配信號，但芯片上只引出了三個捕獲和三個匹配信號，可以與外部引腳相連。

• 兩個10位DAC模塊。

• 電容觸摸按鍵模塊，該模塊可以最多連接9個按鍵，或組合配置為滑條或旋轉(zhuǎn)盤。

• 從LPC82x最多的29個輸入輸出引腳，大幅增加到54個引腳，而且所有引腳功能都是經(jīng)過開關(guān)矩陣的配置。

• STC定時器的輸出信號，比LPC82x/83x增加了一個，達到7個。

• 模擬比較器的輸入端，比LPC81x/82x增加了三個，達到5個。

與前面的框圖相比，圖8中還可以看到一個“JTAG測試和邊界掃描接口”，和一些信號線從“時鐘發(fā)生器，電源控制”模塊引出，這些內(nèi)容在其它系列里面也有相同的部分存在，只是沒有畫出來而已。

用于程序追蹤調(diào)試的MTB存儲器和控制接口，在其它系列里也是存在的，同樣也沒有畫在系統(tǒng)框圖中。

在本書即將完成之際，恩智浦又發(fā)布了一個新的子系列——LPC80x，分別有LPC802和LPC804兩種配置，及多種封裝形式，詳見表1（見第一章）。

下面是LPC 802和LPC804的框圖，此處不多做解釋，讀者可以結(jié)合前面幾個子系列的框圖，對照比較之后就能夠看出區(qū)別來。

圖7.LPC802系統(tǒng)框圖

圖8.LPC804系統(tǒng)框圖

圖中可以明顯看出LPC804是LPC802的增強版，增加了電容觸摸接口、可編程邏輯單元(PLU)、增加了10位的DAC輸出、增加了一個I2C接口，存儲器容量也增加了一倍，性價比更高了。

LPC86x是2023年NXP發(fā)布的新的產(chǎn)品系列。這里在原作者的基礎(chǔ)上補充進來。

LPC86x針對LPC84x的基礎(chǔ)上做了進一步的優(yōu)化，針對電機應(yīng)用移除了CTimer和SCT同時增加了兩個FlexTimer用于電機應(yīng)用，提升了ADC的采樣率，優(yōu)化了ADC和FlexTimer聯(lián)動機制，增加了新的外設(shè)I3C，使得它的應(yīng)用范圍更廣，功能更靈活。

LPC86x精簡了Switch Matrix的功能，即FlexTimer的相關(guān)輸入輸出功能只能被軟件分配到固定的三個外部引腳上去，其余外設(shè)的Switch Matrix功能不變。

LPC86x在LPC84x的基礎(chǔ)上將SRAM縮減到8kB，減少了USART，I2C的數(shù)量，刪除了MTB接口，刪除了DAC和電容觸摸等功能。

圖9.LPC86x配置框圖

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