СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-8

управления приводами жёстких дис ков, автомобильной безопасности и модемы для беспроводной связи. Это ядро ориентировано на производство по технологическим нормам от 90 нм. Достоинством ядра Cortex M4 является поддержка инструкций цифровой об работки сигналов и расширения для работы с плавающей запятой (по за казу). Оно позволяет создавать так на зываемые цифровые сигнальные мик роконтроллеры (ЦСМ), сочетающие возможности цифровой обработки сигналов и поддержки режима реаль ного времени в рамках традиционных для продуктов ARM небольшого энер гопотребления, площади кристалла и цены микросхемы. В 2011 г. компания NXP продемонстрировала оригиналь ный двухъядерныйЦСМ типа LPC4300 на основе ядра ARMCortex M4 (для вы полнения алгоритмов цифровой об работки сигналов) и ядра Cortex M0 (для осуществления общих функций управления). Микросхема LPC4300 предлагается компанией NXP для при ложений по управлению электродви гателями (см. рис. 2). Если сравнивать ядра Cortex R4 и Cortex M4, то первое является более производительным. Ещё выше, с точки зрения производительности, стоит се мейство Cortex A. Продукты этого се мейства ориентированы на создание приложений с развитым графичес ким интерфейсом иОС семейств Linux и Windows, оптимизированных для встраиваемых приложений. Однако, в отличие от Cortex R4 и Cortex M4, ядра серии Cortex A не предназначены для приложений реального времени. В ка честве примера их использования можно привести микросхемы AM3505 и AM3517 на базе ARM Cortex A8 кор порации Texas Instruments (микро контроллеры Sitara). Самые высоко производительные МК на основе ядра ARM Cortex A8 от Texas Instruments имеют производительность до 1000 DMIPS при энергопотреблении не бо лее 1 Вт, что позволяет конструировать высокопроизводительные встроенные системы на их основе без использова ния теплоотводов и вентиляторов. На отечественном рынке распрост ранена платформа ColdFire, которая до пускает широкий диапазонмасштаби рования ГВС. Семейство ядер ColdFire – это RISC архитектура, которая поддер живает работу с инструкциями пере менной длины и обеспечивает более высокую плотность кода, чем многие конкурирующие 32 разрядныеМК. Ди апазонмаксимальных тактовых частот ИСна этойплатформе простирается от 50 МГц (ядро V1 ColdFire) до 300 МГц (ядра V5/V5e ColdFire). В микросхемах семейства ColdFire с промежуточным уровнем тактовой частоты реализова на аппаратная поддержка алгоритмов ЦОС, шифрования данных (начиная с ядра V2 ColdFire) и операций с плаваю щей запятой (начиная с ядра V4/V4e ColdFire). К ОНФИГУРИРУЕМАЯ ПЕРИФЕРИЯ В ПЛАТФОРМАХ ГВС Современные СнК микроконтролле рыдлявстроенныхприложенийимеют, как правило, достаточно широкий на борпериферийныхподсистемлибооб щего назначения, либо специализиро ванных. ЭтомикроконтроллерыNXPсе мейств LPC2300/2400 на основе ядра ARM7TDMI S, средикоторыхИС, поддер живающие интерфейсы 10/100 Ether net, USB, UART, CAN, SPI, SSP, I 2 C, I2S, име ющие преобразователи АЦП, ЦАП, или специализированный микроконтрол лер TMPM370FYFG компании Toshiba на основе ядра Cortex M3 для реализа ции алгоритмов векторного управле ния двигателями. Периферия послед него включает аппаратный ускоритель алгоритма векторного управления, фирменное схемотехническое реше ние двухканального программируемо го драйвера двигателя для управления трёхфазными моторами, а также ана логовую периферию в составе двухка нального входа для датчика положе ния, ОУ и компаратора для реализации аварийного останова, многоканальный 12 разрядный АЦП, многоканальный 16 разрядный таймер, четыре канала SIO/UART. Гибкие возможности конфигуриро вания периферийных подсистем обес печивает программируемая логика. Около 5 лет тому назад компания Atmel вывела на рынок семейство микро контроллеров FPSLIC II на основе тех нологии динамической реконфигура ции. Эта технология позволяла исполь зовать полупроводниковые структуры, расположенные в одном и том же мес те кристалла, для обслуживания по требностей различных периферий ных подсистем и инструкций (тех нология silicon sharing), сокращая энергопотребление и габариты систем на основе таких ИС. Кристалл микросхем FPSLIC II вклю чал процессор AVR (40MIPS, 8 бит), па мять SRAM (36 Кб) для хранения прило жения и данных, аппаратный умно житель, периферию и динамически реконфигурируемую ПЛИС/FPGA, ко торая поддерживала функции кон фигурационного контроллера, двух контроллеров ПДП, интерфейс между FPGA и AVR и виртуальный разъём (vir tual SoCket), через который происхо дило «подключение» функций из биб лиотеки интерфейсов, периферии и инструкций. Одна и та же область кристалла могла поддерживать умно жение, обмен данными, вычисления или шинные интерфейсы SDIO, PCI, PCMCIA, HDLC и Ethernet. «Подключе ние» функции через виртуальный разъём FPSLIC II осуществлялось в нуж ный момент времени на основе загру женной во внешнюю флэш память библиотеки IP ядер; время реконфигу рирования составляло менее 15 мс. При тактовой частоте 4 МГц, исполь зуя аппаратное ускорение и обращаясь к внешней флэш памяти, микросхемы FPSLIC II потреблялиток 9,2мАв четыре раза меньше энергии, выполняя ту же работу, что и RISC процессор (200 МГц, 32 бита). По сравнениюже с полнойре ализацией функций FPSLIC II в микро схеме программируемой логики энер гопотребление снижалось в 32 раза. Сегодня новые технологические воз можностимикроэлектроникипозволя ют предлагать варианты ИС на базе ПЛИС/FPGA для ГВС, объединяющие в себе возможности и программируемой логики, ипокупныхпроцессорныхядер. В 2010 г. компания Actel представила платформу SmartFusion на основе мат рицы ПЛИС/FPGA для обработки сме шанных сигналов (mixed signal FPGA) с реализованным в ней процессорным ядром ARM Cortex M3 и программиру емым блоком аналоговой подсистемы (АЦП, ЦАП и компараторы). Эта плат форма Actel поддерживается средства ми разработки приложений на осно ве IDE от таких компаний – партнёров ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2011 Рис. 2. Демонстрационный комплект управления электродвигателем на базе микроконтроллера NXP LPC4300 © СТА-ПРЕСС