把32位微控制器性能帶入工業(yè)和汽車應(yīng)用
系統(tǒng)安全性
對于工業(yè)和汽車應(yīng)用,由于系統(tǒng)故障可能造成代價高昂的后果,甚至可能導(dǎo)致操作人員的傷亡,故安全性是其主要考慮事項。事實上,相當(dāng)比例的系統(tǒng)都會遇到時鐘故障,因而系統(tǒng)必須具有從時鐘故障中良好恢復(fù)的能力,對于那些使用壽命預(yù)計數(shù)十年的工業(yè)系統(tǒng)尤其如此。例如,馬達控制系統(tǒng)必須能夠在檢測到時鐘故障時就智能化關(guān)斷系統(tǒng),以保護馬達或操作人員避免災(zāi)難性損害。為此,AVR UC3C器件可以檢測出主要的時鐘故障,并切換到一個內(nèi)部115kHz RC振蕩器。系統(tǒng)可以利用備份時鐘繼續(xù)運行(同時觸發(fā)一個主時鐘發(fā)生故障的警報),或執(zhí)行任何必須的關(guān)斷操作,以使系統(tǒng)進入故障保護狀態(tài)。
另一個重要的安全功能是窗口式看門狗定時器。微控制器一般都采用看門狗定時器來監(jiān)測系統(tǒng)是否正常運行。如果應(yīng)用代碼被破壞,看門狗定時器就不會被啟動,而一個軟件復(fù)位被觸發(fā),警告系統(tǒng)啟動失敗。這種機制在軟件更新后顯得特別重要,以確保更新成功。
不過,看門狗定時器存在一個問題,就是它是通過軟件來設(shè)置和激活的。如果設(shè)置看門狗定時器的代碼從未被執(zhí)行,故障保護中斷就不會被觸發(fā)。窗口式看門狗定時器,如圖3所示,則是一種更為可靠的故障檢測形式,它定義了一個較窄的看門狗啟動窗口。這種方案仍然需要定時器以軟件形式啟動,但不會出現(xiàn)上述看門狗因是通過硬件設(shè)置和激活的就無法被設(shè)置的異常情況,并可防止已破壞的應(yīng)用程序錯誤修改看門狗配置。于是,窗口式看門狗總是在系統(tǒng)上電時被設(shè)置和激活,故若應(yīng)用代碼被破壞,在設(shè)置時間之后,故障保護中斷將被觸發(fā)。
圖3所示的看門狗定時器的作用是,通過要求應(yīng)用在設(shè)置時間幀之內(nèi)對看門狗定時器進行清零來確認(rèn)系統(tǒng)是否正常工作。對于傳統(tǒng)看門狗定時器,如果已破壞的系統(tǒng)復(fù)位看門狗定時器,若不能首先激活它,就無法執(zhí)行故障檢測。而窗口式看門狗定時器在系統(tǒng)上電時以硬件形式被設(shè)置和激活,故可確保系統(tǒng)故障被檢測到。
圖3 窗口式看門狗定時器
窗口式看門狗定時器只在某個時間幀內(nèi)被啟動。例如有一個中斷,其應(yīng)該在執(zhí)行了一定的周期數(shù)之后才返回到主循環(huán)(啟動看門狗定時器)。如果中斷返回太快,中斷就沒有被正確執(zhí)行,因此可能存在某個系統(tǒng)問題。對于傳統(tǒng)的看門狗定時器,這個問題會被忽略過去。而使用時間幀式看門狗定時器的話,這時定時器將被過快啟動,從而觸發(fā)看門狗中斷。
加速系統(tǒng)開發(fā)
今天,在評測微控制器架構(gòu)時,需要考慮的不僅有器件的硬件能力,還包括可使用什么樣的軟件庫和應(yīng)用就緒應(yīng)用軟件。從頭開始設(shè)計一個完整的系統(tǒng)需要大量的開發(fā)資源和時間。反之,利用現(xiàn)有的軟件框架則可以加快上市速度,大幅度減少應(yīng)用開發(fā)投資。
愛特梅爾AVR®軟件框架可以簡化系統(tǒng)開發(fā),它支持各種最優(yōu)化接口驅(qū)動器、外設(shè)固件和應(yīng)用代碼,包括大量的馬達控制算法、電容式觸摸驅(qū)動器、先進的數(shù)字信號處理算法(即FFT,以及帶通、高通及低通濾波器)、常用音頻與圖像編解碼器(如MP3)、語音識別引擎、顯示驅(qū)動器、CAN/LIN服務(wù),以及FAT12/16/32文件系統(tǒng)等等。利用該框架實現(xiàn)外設(shè)或接口驅(qū)動器可大大簡化固件開發(fā),并縮短在AVR產(chǎn)品系列上移植應(yīng)用程序所需的時間。譬如,可用3個UART驅(qū)動器支持RS-232與RS-485接口,還可以覆蓋一個CAN接口。同樣的,創(chuàng)建一個USB驅(qū)動器就和選擇一個器件類別一樣簡單,而且該框架提供有對應(yīng)的驅(qū)動器代碼和協(xié)議堆棧。這個框架還包含了一個完整的實時操作系統(tǒng)(freeRTOS),并支持眾多流行產(chǎn)品,如uC-OS/II、embOS、ThreadX和openRTOS。愛特梅爾可免費向客戶提供AVR軟件框架。
利用廣義的軟件框架有助于縮短開發(fā)時間,加快上市速度。AVR軟件框架提供有業(yè)界范圍最廣的生產(chǎn)就緒的軟件驅(qū)動器及程序庫選擇,并包含了一組豐富的范例應(yīng)用完備文檔代碼。AVR微控制器可支持實時跟蹤,實現(xiàn)系統(tǒng)操作的完全可視化。此外,AVR微控制器每季都進行更新,推出新功能。
利用直觀的GUI式愛特梅爾AVR Studio®開發(fā)環(huán)境可以快速配置驅(qū)動器和接口,這樣一來,只需數(shù)分鐘而不是數(shù)個月就可以實現(xiàn)首個原型,如圖4所示??焖儆趾唵蔚耐庠O(shè)配置對工業(yè)市場而言是至關(guān)重要的,因為這樣一來,整個設(shè)計團隊得以把主要精力集中在應(yīng)用開發(fā)上,而不是浪費在另一個UART驅(qū)動器的編碼上。AVR Studio是業(yè)界最完善的8位和32位應(yīng)用開發(fā)環(huán)境,可為所有AVR微控制器提供全面的編譯器和調(diào)試器支持。由于利用AVR軟件框架來配置外設(shè),故不同AVR器件之間的移植是真正無縫的。AVR Studio與AVR軟件框架完全集成,二者都可免費或免權(quán)益金獲取。
圖4所示為愛特梅爾AVR Studio開發(fā)環(huán)境,可為所有外設(shè)提供驅(qū)動器和接口固件。采用這種方法,無需數(shù)個月,數(shù)分鐘就可以配置出首個原型。
圖4 愛特梅爾AVR Studio開發(fā)環(huán)境
愛特梅爾還提供有廣泛的硬件式系統(tǒng)內(nèi)編程、調(diào)試和評測工具。例如,愛特梅爾AT32UC3C-EK評測工具套件就具有開箱即用的簡便性,可為愛特梅爾AVR® UC3C 32位微控制器架構(gòu)的大量功能提供使用入口。它能夠接入每一個引腳和片上資源,以簡單的過程直接驗證AVR UC3C出色的低功耗特性。該評測工具套件還有愛特梅爾QTouch®電容式觸摸能力,以及用于無線連接的RF4CE、ZigBee、Wi-Fi和藍牙插件板。
真正的系統(tǒng)設(shè)計并不是把各種不同的芯片或子系統(tǒng)簡單地組合起來?,F(xiàn)在的嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品是包含了眾多功能性組件的復(fù)雜系統(tǒng)。向32位架構(gòu)轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)將設(shè)計整合在單個微控制器上,而這種32位微控制器架構(gòu)針對高性能、低功耗、實時處理與系統(tǒng)可靠性進行了優(yōu)化。此外,這時系統(tǒng)設(shè)計還可以在單個協(xié)調(diào)環(huán)境中完成,從而加快系統(tǒng)的開發(fā)和測試進程。
AVR UC3C是業(yè)界首款專為工業(yè)和汽車應(yīng)用而設(shè)計的32位處理器。UC3C整合了浮點計算能力和外設(shè)事件系統(tǒng),支持32位性能,它提供的性能與處理能力能夠為這些系統(tǒng)引入先進的功能性,并創(chuàng)建新的市場機遇。再結(jié)合適當(dāng)?shù)母呔韧庠O(shè)組合、原生5V I/O、安全Flash和最完善的設(shè)計環(huán)境,加之針對馬達控制、傳感器監(jiān)控以及數(shù)字信號處理功能的生產(chǎn)就緒代碼,UC3C成為那些需要實時可靠性、高性能及高功效的應(yīng)用的理想MCU選擇。
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