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Microchip AVR® XMEGA®核心独立周边 (CIPs) 的设计实例
 

【作者: 溫書賢】2018年06月25日 星期一

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近几年随着8位元PIC® MCU的市场销售成长渐趋饱和,为了让产品更具有竞争优势与满足使用者的广泛设计需求,Microchip近期陆续推出一系列采用核心独立周边装置(CIP)的8位元AVR® XMEGA® E系列微控制器。


何谓内核独立周边装置(CIP)? 简单来说,这些周边装置无需额外程式码和外部元件,大大降低了系统的复杂性。以硬体为主的内部周边装置不需考虑CPU的时序和核心工作功能,可以专注於系统内其他重要的任务。此外CIP具备低功耗的特性,可以减少中断等待机率、降低了记忆体成本、降低设计时间与心力并提升系统效率和安全性。


本设计实例采用AVR XMEGA E系列丰富的CIPs周边搭配Microchip - Atmel START线上程式码产生工具与Studio 7开发环境,以最少的程式码快速实现一个客制化编码与调变的红外线传输器,所使用到的CIPs周边分别介绍如下。


图一


如上图所示,Microchip XMEGA E系列搭载XCL(XMEGA Custom Logic)模组,包含两个独立的8位元timer/counter与两个可程式化的真值表以输出各种逻辑闸的组合(delay elements、RS-latches、D-latches、D flip-flops、AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR),除了可节省电路板空间与BOM成本外,进而最小化EMI和crosstalk。


XMEGA E系列内建的Event System Controller模组,不须透过CPU、DMA、Interrupt的介入即可让周边和周边之间进行讯息传递。Event System Controller内建8组Event通道,每个通道各别配置一组多工器来选择Event Source(事件来源)与Event User(接收事件的周边)。


此外XMEGA E系列也内建EDMA Controller,搭配最多4组的peripheral channel,每个channel可以设定资料传递的触发源、来源位址与目的位址,不须使用CPU的资源,即可以让各种周边与记忆体间做资料的快速传递。而且资料传输的模式也可以依资料量的大小来做设定,包含Burst、Block、Transaction三种模式。除此之外,每个peripheral channel还可以透过PMIC(Programmable Multilevel Interrupt Controller)来设定中断优先权(NMI、HI、MED、LO),让EDMA Controller更具弹性化。


图二


红外线传输器的运作流程如上图所示。


步骤1: 首先透过一个IO pin脚来侦测按键是否被按压(侦测输入准位是否发生改变),如果发生改变的话便产生一个中断,此中断会透过Event System去触发16-bit Timer开始计数。


步骤2: 当Timer计数到设定值时会产生OVFIF中断,OVFIF中断便会触发EDMA controller,开始进行资料传递。传递的资料来源(SRC)是一个预先准备好的阵列,阵列内的资料是存放预先编码好的IR frame(两个Bytes组合成一个ASCII字元,第一个Byte表示高准位的Timer Counter值,第二个Byte表示低准位的Timer Counter值),而资料传递的目的地(DEST)则是16-bit Timer内的PERBUF暂存器。当Timer产生OVFIF中断时,Timer的周期值会透过PERBUF暂存器来更新。如此一来,Timer就会根据Timing array来产生编码好的IR frame波形。


步骤3: 透过XMEGA Timer模组内建的Capture/Compare channel将编码好IR frame波形输出到output pin脚


步骤4: 使用XCL模组内建的8-bit timer,将其设定成单一斜率的PWM模式,且频率设定为38KHz。


步骤5: 将步骤3的IR frame波形输出信号与步骤4产生的38KHz PWM信号分别接到XCL模组的两个AND逻辑闸输入,透过AND逻辑运算後,即可得到38KHz调变的IR frame输入波形


步骤6: 当所有的IR frame资料传送完之後,EDMA controller会产生一个TRFIF中断(Transaction Complete Interrupt Flag),使用者可以根据此信号,来重新初始化系统,让系统可以再次判断按键按压以传送新的IR frame。


以下是透过Studio 7的Data Visualizer所观察到的实际输出波形:


图三


除了步骤6是唯一需要CPU资源介入处理的部分之外,其馀步骤均透过CIPs核心独立周边来进行运作,除了硬体即时处理的优点外,也大大减少使用者在韧体开发的时间花费。上述的CIPs周边、CPU/Peripheral clock、IO脚位配置设定均可透过线上Microchip Atmel START视觉化的人性介面勾选或填入适当的叁数配置之後,即可快速生成程式代码。


希??透过此设计实例,让使用者了解如何善用Microchip XMEGA E系列丰富的CIPs周边,让您的产品设计发挥最大的效能。


 atxmegae5-xpld


开发支援


XMEGA-E5 Xplained开发板


(编号:atxmegae5-xpld)


搭配Microchip Atmel START与Studio 7可轻松进行系统设计。透过线上的图形化介面程式码生成工具 (START),只需按一次按钮,即可将配置好叁数的周边、甚至是复杂Middleware(如USB、TCPIP等等…)的底层驱动设定与上层的HAI(Hardware Abstraction Interface)程式码全部一次生成。此外,搭配Studio 7内建的Data Visualizer工具,可以将资料透过DGI介面(SPI、I2C)或是COM port以数位示波器的方式显示出来,进而加快用户的开发与除错时程。。(https://www.microchip.com/DevelopmentTools/ProductDetails/atxmegae5-xpld)


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