MCU里的可配置邏輯模塊 你會用嗎？

概述

在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中，靈活性和高效性是關(guān)鍵。微控制器如配備了 可配置邏輯模塊 (CLB) ，可以滿足了對片上數(shù)字邏輯的需求，無需使用外部邏輯芯片。這種高度靈活的邏輯單元，能夠在不增加額外硬件的情況下，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能, 從而節(jié)省BOM成本和PCB空間。

這一集，Microchip的專家會為我們詳細(xì)分享可配置邏輯模塊（CLB）如何在微控制器（MCU）上實(shí)現(xiàn)比以往更大規(guī)模的硬件數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)成為可能，并且它還能夠在睡眠模式下運(yùn)行，從而以極低的功耗進(jìn)行復(fù)雜的處理。

嘉賓介紹

吳濤 Tao Wu

MCU8產(chǎn)品部應(yīng)用工程師

現(xiàn)于Microchip Technology Inc.（微芯科技公司）上海分公司任應(yīng)用工程師。他于2022年加入Microchip，在嵌入式行業(yè)有著2年的工作經(jīng)驗(yàn)。吳濤在嵌入式產(chǎn)品方面，有著豐富的研發(fā)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。他目前在Microchip負(fù)責(zé)8位單片機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用。吳濤于2019年畢業(yè)于謝菲爾德大學(xué)，獲得電子電氣工程學(xué)士學(xué)位和計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位。

什么是可配置邏輯模塊？

可配置邏輯模塊（CLB）是一種嵌入式邏輯單元，集成在微控制器或FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）中。它允許設(shè)計(jì)者通過軟件配置，實(shí)現(xiàn)特定的邏輯功能，而無需額外的硬件電路。這種靈活性使得CLB在各種應(yīng)用中都能發(fā)揮重要作用，從簡單的邏輯控制到復(fù)雜的信號處理。

CLB的主要特點(diǎn)

1. 靈活性 ：CLB可以通過軟件進(jìn)行配置，適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)具體的項(xiàng)目需求，快速調(diào)整邏輯功能。

2. 高效性 ：由于CLB集成在微控制器或FPGA中，減少了外部硬件的需求，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

3. 可重配置性 ：CLB可以在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行重新配置，使得系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)不同的工作模式和條件。

4. 低功耗 ：CLB的設(shè)計(jì)注重功耗優(yōu)化，適用于對能耗敏感的應(yīng)用場景。

CLB的應(yīng)用領(lǐng)域

1. 工業(yè)自動(dòng)化 ：在工業(yè)控制系統(tǒng)中，CLB可以用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制和信號處理，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性。

2. 消費(fèi)電子 ：在智能家居設(shè)備和可穿戴設(shè)備中，CLB可以實(shí)現(xiàn)靈活的邏輯控制，提升用戶體驗(yàn)。

3. 汽車電子 ：在汽車電子系統(tǒng)中，CLB可以用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號處理和控制，提高車輛的安全性和性能。

4. 通信系統(tǒng) ：在通信設(shè)備中，CLB可以用于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理和傳輸，提高通信效率。

CLB的核心是32個(gè)互連的基本邏輯單元（BLEs）。每個(gè)BLE是一個(gè)4輸入查找表，也稱為LUTs，可以配置模擬各種邏輯門。輸入和輸出可以連接到MCU的其余部分。CLB還具有3位硬件計(jì)數(shù)器和邊緣檢測能力。

CLB外設(shè)包括16個(gè)輸入源，將CLB連接到外部信號，并提供32個(gè)CLBSWIN信號與CPU交互。CLBSWIN信號是不同信號路由進(jìn)入CLB進(jìn)行處理的路徑，并提供靈活性以根據(jù)應(yīng)用程序的特定需求配置邏輯塊。此外，所有配置值都由原理圖合成器設(shè)置。

CLB可以包含多達(dá)32個(gè)基本邏輯單元，包括：

• AND/OR/NAND/NOR門

• 緩沖器/反向緩沖器

• D觸發(fā)器

• JK觸發(fā)器

• 多路復(fù)用器

• 4輸入查找表（LUT）

可配置邏輯模塊能實(shí)現(xiàn)的功能

應(yīng)用機(jī)會及用例探究

• 具有冗余配置的系統(tǒng)

• 具有安全預(yù)防措施的系統(tǒng)

• 空間敏感型應(yīng)用

• 取代分立式邏輯芯片, CPLD, 低端FPGA, 應(yīng)用中組合使用的MCU + CPLD/FPGA

CLB合成器

CLB合成器是一個(gè)用于配置CLB的集成工具。與其設(shè)置50多個(gè)寄存器，不如通過圖形化設(shè)計(jì)或編寫Verilog代碼，該工具會將其轉(zhuǎn)換為CLB可以讀取的配置。在運(yùn)行時(shí)，CLB比特流使用CRC模塊加載，以防止意外的配置更改。該工具集成在Microchip Code Configurator中，也可以作為獨(dú)立工具在 logic.microchip.com/clb 上使用。

PIC16F13145微控制器系列

憑借其專注的外設(shè)集，提供了一種有效的方法來實(shí)現(xiàn)基于硬件的解決方案。該設(shè)備系列引入了可配置邏輯模塊（CLB）外設(shè)，使用戶能夠在其應(yīng)用中加入基于硬件的自定義邏輯。

結(jié)語

微芯科技的可配置邏輯模塊（CLB）為電子設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的工具，能夠在不增加硬件復(fù)雜性的情況下，實(shí)現(xiàn)靈活、高效的邏輯功能。無論是在工業(yè)、消費(fèi)電子、汽車還是通信領(lǐng)域，CLB都展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。通過合理利用CLB，設(shè)計(jì)者可以大幅提升系統(tǒng)的性能和可靠性，為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)注入新的活力。

相關(guān)技術(shù)文檔資源如下：

• Microchip 8-bit PIC AVR微控制器產(chǎn)品

• DigiKey Microchip PIC AVR微控制器產(chǎn)品

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 小編的話

正如視頻所介紹的，MCU中的可配置邏輯模塊對數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)具有多方面的價(jià)值。它們不僅提高了設(shè)計(jì)的靈活性和定制化程度，還優(yōu)化了系統(tǒng)性能與響應(yīng)時(shí)間，簡化了設(shè)計(jì)流程縮短開發(fā)周期，同時(shí)還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可升級性與可維護(hù)性。您對可配置邏輯模塊的應(yīng)用和設(shè)計(jì)有哪些經(jīng)驗(yàn)或疑問？ 歡迎留言，分享交流！