HRP-N3 - серия источников питания с максимальной пиковой мощностью в 350% от MEAN WELL
РадиоЛоцман - Все об электронике

Stellaris - семейство микроконтроллеров на ядре Cortex-M3

Texas Instruments Stellaris

Микроконтроллеры Stellaris компании Texas Instruments вошли в историю как первые микроконтроллеры с интегрированным 32-битным процессором ARM Cortex-M3 и, несмотря на появление многих конкурирующих решений, остаются лидерами по ряду особенностей, о которых и пойдет речь в данной статье.

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Stellaris - семейство микроконтроллеров на ядре Cortex-M3

Линейка микроконтроллеров (МК) Stellaris изначально была создана компанией Luminary Micro, которая, несмотря на свое сравнительно непродолжительное пятилетнее существование в качестве самостоятельной компании, оставила заметный след в мировой электронике, став первым производителем общедоступных микроконтроллеров с интегрированным процессором ARM Cortex-M3. Luminary Micro была поглощена гигантом полупроводниковой индустрии - компанией Texas Instruments, которая таким образом смогла в одночасье дополнить цепочку выпускаемых семейств микроконтроллеров недостающим и очень перспективным звеном. В конечном счете, компания Texas Instruments получила возможность предложить рынку самый обширный ассортимент микроконтроллеров Cortex-M3, который насчитывает 138 позиций и охватывает все наиболее массовые области применения МК. Среди областей применения - бытовая техника, автоматизированный электропривод, системы мониторинга, HVAC-системы, автоматизация зданий, преобразовательная техника, преобразователи интерфейсов, торговые терминалы, контрольно-измерительное оборудование, медицинская техника, игровые устройства и многое другое.

Несмотря на то, что процессор Cortex-M3 формально входит в семейство ARM Cortex и является одним из профилей архитектуры ARMv7 [2], с прикладной точки зрения его более правильно рассматривать как наследника процессора ARM7TDMI, который нашел широкое применение в качестве основы для построения многих других 32-битных МК. Для достижения преимущества Cortex-M3 по сравнению с ARM7TDMI проделано следующее:

  • устранены все известные узкие места, присущие процессору ARM7TDMI, в том числе
    • применен новый набор инструкций Thumb-2, который обеспечивает большую плотность кода, чем 16-битный набор инструкций Thumb процессора ARM7TDMI;
    • улучшена эффективность исполнения инструкций (предсказание переходов, однотактное умножение, деление на аппаратном уровне), что позволило повысить производительность процессора до 1.25 DMIPS/МГц (против 0.95 DMIPS/МГц процессора ARM7TDMI в режиме ARM);
    • до 12 циклов (против 24...42 циклов процессора ARM7TDMI) снижена задержка реагирования на прерывания за счет выполнения операций над стеком на аппаратном уровне;
    • до 0.19 мВт/МГц (против 0.28 мВт/МГц процессора ARM7TDMI) снижено удельное электропотребление;
    • улучшена эффективность размещения данных в памяти и выполнения операций битовой обработки;
  • повышена степень интеграции и стандартизации системных ресурсов:
    • интегрированы элементы, использующиеся операционными системами реального времени (ОСРВ), в том числе системный таймер и блок защиты памяти;
    • реализована поддержка экономичных режимов работы;
    • применено стандартизованное распределение адресного пространства памяти;
  • реализована более простая модель программирования, избавляющая от необходимости написания какого-либо ассемблерного кода, глубокого изучения процессора и его набора регистров. Кроме того, предусмотрена стандартизация программирования всех МК Cortex-M3 (стандарт CMSIS). Если придерживаться данного стандарта, можно добиться простоты портирования проектов между МК разных производителей.

Кроме того, архитектура процессора Cortex-M3 оптимизирована по стоимости, благодаря чему созданные на его основе МК способны конкурировать по цене с 16-битными и даже некоторыми 8-битными МК.

Наследовав перечисленные преимущества процессора Cortex-M3, МК Stellaris были дополнены оригинальной рецептурой встроенных модулей ввода-вывода во множестве типоисполнений, благодаря чему они приобрели ряд уникальных и порой беспрецедентных среди всех выпускаемых МК Cortex-M3 черт. К числу таковых относятся:

  • доступность 28-выводных МК, способных конкурировать с 8- и 16-битными контроллерами;
  • интеграция во многие МК модуля Ethernet, причем не только со встроенным MAC-контроллером, но и со встроенным трансивером;
  • интеграция в некоторые МК ПЗУ со встроенной прошивкой программной библиотеки StellarisWare, которая содержит драйверы встроенных модулей ввода-вывода, функции для программирования Flash-памяти, криптографические таблицы по стандарту AES, а также функции обнаружения ошибок CRC.

К числу других важных преимуществ МК Stellaris также можно отнести наличие исполнения с расширенным до 105°С температурным диапазоном; доступность бесплатной библиотеки с реализованными тестами по классу Б стандарта IEC 60730 (в РФ действует его аутентичная версия ГОСТ Р МЭК 60730-1-2002), которая существенно облегчает получение сертификата на соответствие уровня безопасности и надежности бытовой техники классу Б; наличие МК, модуль Ethernet которых поддерживает стандарт IEEE1588, позволяющий на наносекундном уровне синхронизировать удаленные контроллеры.
МК Stellaris организованы в виде серий и подсерий. Сведения по ним представлены в таблице 1.

Таблица 1.Обзор серий и подсерий МК Stellaris

Серия

Подсерии

FCPU, МГц

Flash-память, кбайт

SRAM, кбайт

Макс. кол-во линий в/в

Корпус*

Описание

LM3S9000

LM3S9B00

80, 100

256

128

65

LQFP100

Коммуникационные интерфейсы 10/100 Ethernet, USB с функциональностью On-The-Go, Host и Device и CAN; интерфейс для расширения памяти (поддержка SDRAM, SRAM/Flash-памяти и др.), интерфейс I2S, АЦП с возможностями одновременного преобразования в двух каналах, второй сторожевой таймер с независимой синхронизацией для критичных к безопасности применений (IEC60730) и программно-подстраиваемый прецизионный 1%-ый генератор частоты 16 МГц.

LM3S9700

80

128

64

60, 65

LQFP100

LM3S8000

LM3S8900

50

256

64

34...46

LQFP100

Первая серия МК ARM, в которых одновременно стали доступными интерфейсы CAN (до 3 каналов) и 10/100 Mbps Ethernet.

LM3S8700

50

128

64

32...38

LQFP100

LM3S8600

50

128

32

31

LQFP100

LM3S8500

50

96

64

35, 36

LQFP100

LM3S6000

LM3S6900

50

256

64

38...46

LQFP100

Первая серия МК ARM со встроенным интерфейсом 10/100 Mbps Ethernet, в т.ч. MAC-контроллер и трансивер.

LM3S6700

50

128

64

41,46

LQFP100

LM3S6600

25, 50

128

32

38...46

LQFP100

LM3S6500

50

96

64

41

LQFP100

LM3S6400

25, 50

96

32

43, 46

LQFP100

LM3S6100

25

64

16

30, 35

LQFP100

LM3S5000

LM3S5B00

80

256

96

71

LQFP100

Серия МК, предназначенных для работы с сетями CAN и дополненных полноскоростным интерфейсом USB 2.0 с функциональностью On-The-Go или Host/Device.

LM3S5700

50, 80

128

128

33...71

LQFP100 LQFP64

LM3S5600

50

64

32

33

LQFP64

LM3S300

LM3S3700

50

128

64

61

LQFP100

Серия МК со встроенным полноскоростным интерфейсом USB 2.0 с функциональностью On-The-Go или Host/Device.

LM3S3600

50

128

32

33

LQFP64

LM3S2000

LM3S2B00

80

256

96

60

LQFP100

Серия МК, предназначенных для работы с сетями CAN.

LM3S2900

50

256

64

52...60

LQFP100

LM3S2700

50, 80

128

64

33...60

LQFP100 LQFP64

LM3S2600

25, 50

128

32

33...60

LQFP100 LQFP64

LM3S2500

50

96

64

48

LQFP100

LM3S2400

25, 50

96

32

34...60

LQFP100

LM3S2200

50

64

32

33

LQFP64

LM3S2100

50

64

16

40,56

LQFP100

LM3S1000

LM3S1900

50

256

64

52...60

LQFP100

Серия МК для работы в системах с батарейным резервированием питания. Содержат специальный модуль HIBERNATION, питание которого организованно независимо от других каскадов МК. В состав данного модуля входят часы реального времени, 256 байт ОЗУ для энергонезависимого хранения данных (за счет резервного батарейного питания), схема контроля батарейного напряжения и сигнализации о его недопустимом снижении и вход внешнего прерывания. Модулем поддерживается специальный экономичный режим HIBERNATE, выход из которого возможен по условию совпадения в часах реального времени и внешнему прерыванию. Потребляемый модулем ток составляет порядка 16 мкА и, таким образом, при питании МК от стандартной литиевой батарейки CR2032 и его нахождении в режиме HIBERNATE он способен проработать более 3 лет.

LM3S1800

50

256

32

56

LQFP100

LM3S1700

50

128

64

33, 56

LQFP100 LQFP64

LM3S1600

25, 50

128

32

33...60

 

LM3S1500

25, 50

96

64

43, 58

LQFP100

LM3S1400

50

96

32

46, 52

LQFP100

LM3S1300

50

96

16

57

LQFP100

LM3S1100

25, 50

64

16

41...52

LQFP100

LM3S800

50

64

8

28...36

LQFP48

Серии 48-выводных МК, различающихся по объему памяти и быстродействию ЦПУ. Внутри серий доступен выбор МК с различной степенью интеграции аналоговых и цифровых модулей, в т.ч. 10-битный АЦП (до 8 каналов, частота дискретизации 0.25/0.5/1 МГц); модули для решения задач управления движением: ШИМ-контроллер (до 6 каналов) и квадратурный энкодер; интерфейсные модули UART (до 2 каналов), SSI, I2C; аналоговые компараторы (до 3 каналов). МК идеальны для недорогих встраиваемых применений, где требуется реализация алгоритмов управления повышенной сложности.

LM3S600

50

32

8

28...36

LQFP48

LM3S300

25

16

4, 2

28...36

LQFP48

LM3S100

20

8

2

18

SOIC28

Серия самых простых МК в 28-выводном корпусе; интегрируют модули UART, I2C, SSI, таймеры с каналами захвата, 1 или 2 аналоговых компаратора; предоставляют самый дешевый доступ к освоению возможностей процессора Cortex-M3; идеальны для замены 8/16-битных МК в простых встраиваемых применениях.

Примечание: * МК, доступные в корпусе LQFP100, также доступны в корпусе BGA108. * МК, доступные в корпусе LQFP100, также доступны в корпусе BGA108.

В колонке «Описание» даны лишь главные классификационные признаки серий. Общие отличия подсерий можно оценить по приведенным характеристикам максимального быстродействия ЦПУ (FCPU), объема встроенной памяти, а также типам корпусов и предельным возможностям дискретного ввода-вывода. Помимо этого, внутри подсерий МК отличаются по степени интеграции аналоговых и цифровых модулей ввода-вывода. Пользователь может рассчитывать на доступность следующих модулей ввода-вывода:

  • 32-битные таймеры (до четырех каналов) с каналами захвата/сравнения (до восьми каналов);
  • ШИМ-контроллер, в том числе для задач управления движением (до восьми каналов);
  • интерфейс квадратурного энкодера, облегчающего введение обратных связей по положению, направлению, скорости (до двух каналов);
  • 10-битный АЦП (до 16 мультиплексированных каналов, частота дискретизации 0.25, 0.5 или 1 МГц);
  • последовательные интерфейсы UART, I2C, SSI (SPI) и I2S;
  • аналоговые компараторы (до трех каналов);
  • датчик температуры.

Кроме того, МК Stellaris оснащены всеми необходимыми системными ресурсами, облегчающими их применение. В их число входят блок управления синхронизацией и сбросом (позволяет оптимизировать энергопотребление и исключить внешние компоненты для управления сбросом), стабилизатор напряжения LDO-типа (дает возможность питать МК одним напряжением 3.3 ±0.3 В), опциональный блок прямого доступа к памяти (DMA; минимизирует участие ЦПУ в процессах передачи данных между модулями ввода-вывода и памятью) и встроенный в новые МК RC-генератор с улучшенной до 1% точностью (исключает внешние компоненты для синхронизации МК). Рассмотренные особенности структуры МК Stellaris обобщены на рисунке 1.

Структура микроконтроллеров Stellaris
Рис.1 Обобщенная структура микроконтроллеров Stellaris. 

Еще одно немаловажное преимущество рассматриваемых МК - высокий уровень предлагаемой технической поддержки. Пользователю доступно множество программных и аппаратных инструментов, направленных на ускорение проектирования как устройств общего назначения, так и ориентированных на конкретные области применения. Например, использование бесплатного микропрограммного обеспечения (МПО) StellarisWare существенно упрощает программирование МК. Данное МПО состоит из нескольких библиотек и примеров их использования. Использование этих библиотек избавит пользователя от необходимости написания драйверов модулей ввода-вывода, упростит работу с интерфейсом USB, ускорит создание графических интерфейсов, добавит поддержку внутрисистемного программирования, а также обеспечит совместимость со стандартом IEC 60730. МПО совместимо со средами для проектирования компаний Keil (MDK-ARM), IAR (Embedded Workbench), Code Red Technologies (RedSuite), Code Sourcery (SourceryG++), а также GNU-инструментами для проектирования. Выпускаемые аппаратные средства поддержки проектирования разделяются на четыре группы: оценочные наборы, наборы для проектирования, наборы завершенных устройств и модули. Их обзор представлен в таблице 2.

Таблица 2. Обзор инструментальных средств для проектирования  

Наименование

Описание

1. Оценочные наборы

EK-LM3S9B92

Состоит из платы с МК LM3S9B92 (порты 10/100 Ethernet и USB-OTG, разъем подключения к портам ввода-вывода (ПВВ)) и дополнительной платы отладочного интерфейса BD-ICDI.

EK-LM3S9B90

то же, но для МК LM3S9B90.

EK-LM3S8962

Плата с МК LM3S8962 (порты 10/100 Ethernet и CAN, графический OLED-дисплей 128х96, динамик, коммутационные элементы, разъем подключения к ПВВ).

EK-LM3S8965

Плата с МК LM3S8965 (порт 10/100 Ethernet, графический OLED-дисплей 128х64, динамик, коммутационные элементы, разъем подключения к ПВВ, разъем карты памяти MicroSD)

EK-LM3S3748

Плата с МК LM3S3748 (прошит программой 2-канального осциллографа, порты USB host и device, цветной LCD-дисплей 128х128, динамик, коммутационные элементы, разъем MicroSD, разъем подключения к ПВВ) и отдельный модуль USB-stick

EK-LM3S2965

Плата с МК LM3S2965 (Host-порт CAN, графический OLED-дисплей 128х64, динамик, коммутационные элементы, разъем подключения к ПВВ, порт USB для питания и отладки) и плата с МК LM3S2110 (Device-порт CAN, питание через шину CAN, коммутационные элементы, разъем подключения к ПВВ).

EK-LM3S1968

Плата с МК LM3S1968 с 256 кбайт Flash-памяти, 64 кбайт SRAM, 8 каналами АЦП, 52 ПВВ и поддержкой режима hibernate (графический OLED-дисплей 128x96, коммутационные элементы, динамик, разъем подключения к ПВВ, разъем с установленной в него 3-вольтовой батарейкой).

EK-LM3S811

Плата с МК LM3S811 (OLED-дисплей 96х16, коммутационные элементы, потенциометр на входе АЦП, отладка через USB).

2. Наборы для проектирования

DK-LM3S9B96

Плата для проектирования устройств с интерфейсами Ethernet, CAN и USB OTG/Host/Device (МК LM3S9B96, 3.5” QVGA LCD-дисплей с сенсорной поверхностью, навигационный POT-переключатель, кнопки, интерфейс I2S, модуль SDR SDRAM объемом 8 Мбайт, разъем MicroSD, разъем для подключения к ПВВ, карта памяти MicroSD объемом 1 Гбайт, USB Flash-диск объемом 128 Мбайт).

DK-LM3S8xx/6xx/3xx/1xx

Содержит все аппаратные и программные компоненты, необходимые для разработки и макетирования встраиваемых применений. Набор состоит из платы для проектирования, программного обеспечения, кабелей и перемычек, документации в электронном виде. Доступные для заказа наборы: DK-LM3S101, DK-LM3S102, DK-LM3S301, DK-LM3S801, DK-LM3S811, DK-LM3S815, DK-LM3S817, DK-LM3S818, DK-LM3S828.

Дочерние платы

Дочерние платы предназначены для добавления поддержки требуемого МК в составе уже приобретенного набора для проектирования. Доступные для заказа дочерние платы: DB-LM3S101, DB-LM3S102, DB-LM3S301, DB-LM3S801, DB-LM3S811, DB-LM3S815, DB-LM3S817, DB-LM3S818, DB-LM3S828.

3. Наборы завершенных устройств

RDK-Stepper

Аппаратные и программные компоненты для разработки, модернизации и интеграции устройств управления шаговым двигателем. Силовой каскад выполнен на основе драйверов и MOSFET-транзисторов Fairchild Semiconductor. Состоит из основной платы управления, шагового двигателя NEMA23, сетевого источника питания с выходом 24 В, USB-кабеля, Windows-программы графического интерфейса.

RDK-ACIM

То же, но для управления асинхронным электродвигателем, находящий широкое применение в бытовой технике. Укомлектован 3-фазным двигателем Selni (0-20000 об./мин.).

RDK-BLDC

То же, но для управления безщеточным двигателем постоянного тока (BLDC).

RDK-BDC

Модуль управления щеточным двигателем постоянного тока (12 В, 40 А) и оценочный набор EK-LM3S2965 в качестве консоли управления через шину CAN. В комплект входит двигатель RS-555PH-3255 (Mabuchi; 5000 об./мин, 12В, 3A).

RDK-S2E

Набор основан на миниатюрном модуле MDL-S2E, который предназначен для интеграции в систему в качестве преобразователя протоколов UART/RS-232-Ethernet. Дополнен кабелями Ethernet, DB9 и USB,а также документацией на CD.

RDK-IDM

Набор для разработки интеллектуальных графических интерфейсов. Основан на модуле цветного ЖК-дисплея (2.8», QVGA, 240x320) с сенсорной поверхностью (модуль MDL-IDM), который поддерживает технологию электропитания Power-over-Ethernet (PoE). В наборе этот модуль дополнен источником питания с выходом 24В, кабелем Ethernet, адаптером отладочной системы и документацией на CD.

RDK-IDM-L35

Аналогичного назначения набор, но выполненный на основе другого модуля цветного ЖК-дисплея (3.5», QVGA, 320x240) с сенсорной поверхностью (MDL-IDM-L35). Питание организовано через входящий в комплект кабель USB-TTL, который также соединен с UART0, установленного на плате МК LM3S1958.

RDK-IDM-SBC

Аналогичного назначения набор и тем же 3,5-дюймовым дисплеем, но уже в составе другого модуля MDL-IDM-SBC. Этот модуль выполнен на основе более высокоуровневого МК LM3S9B92. Модуль представляет собой готовый одноплатный компьютер с графическим интерфейсом. В комплект также входят модуль MDL-ADA2, USB flash-диск (128 Мбайт), источник питания с выходом 24 В, кабель Ethernet, динамик, документация на CD.

4. Модули

MDL-STEPPER, MDL-ACIM, MDL-BLDC, MDL-BDC, MDL-S2E, MDL-IDM, MDL-IDM28, MDL-IDM-L35

Отдельно взятые модули из соответствующих наборов завершенных устройств.

MDL-ADA2

Модуль адаптера 10-выводного (mini-JTAG) и 20-выводного портов JTAG, выполненный на основе гибкого шлейфа.

 Заключение

Семейство Stellaris составляет множество микроконтроллеров, выполненных на основе процессора ARM Cortex-M3 с передовыми для своего класса характеристиками. Семейство разделено на серии и подсерии, в которые входят МК различного класса и отличающиеся по степени интеграции.

Используемые в МК встроенные модули ввода-вывода делают возможным их применение в разнообразных по уровню сложности приложениях: от простых, которые обычно выполнялись на основе продвинутых 8-битных МК, до высококачественных встраиваемых систем с широкими коммуникационными возможностями (Ethernet, CAN, USB) и интеллектуальным пользовательским интерфейсом.

Все МК Stellaris, оснащенные интерфейсом Ethernet, интегрируют не только MAC-контроллер, но и трансивер. Данное предложение является беспрецедентным для всей группы МК Cortex-M3 (кроме Texas Instruments МК Cortex-M3 выпускает еще пять производителей) и достаточно редким среди всех других выпускаемых МК.

МК поддерживаются обширным набором аппаратных и программных инструментов, способствующих ускорению освоения как конкретной модели МК, так и определенного применения. В число таких применений входят управление электродвигателями, интеллектуальные графические интерфейсы и преобразователи UART-Ethernet.

Дополнительные материалы

  1. Введение в архитектуру Cortex-M3
  2. Староверов К.С. Микроконтроллеры на основе ядра ARM Cortex M3//Новости электроники, №1, 2008. - С. 9-15.
7 предложений от 7 поставщиков
Тип: дополнение к игре Вид поставки: электронный ключ Жанр: симулятор Жанр: стратегия Возрастное ограничение (лет): 12 Возможность многопользовательской игры: нет Способ активации: Steam Платформа: PC Операционная система: Windows
Игра для ПК Paradox Stellaris: Necroids Species Pack
320 ₽
MIKROE-1368, MINI-M4 for Stellaris, Миниатюрная отладочная плата ARM Cortex-M4 на базе LX4F230H5QR
mikroElektronika
1 111 ₽
ЧипСити
Россия
MIKROMEDIA PLUS FOR STELLARIS SHIELD
mikroElektronika
1 821 ₽
ChipWorker
Весь мир
MIKROMEDIA PLUS FOR STELLARIS SHIELD
mikroElektronika
1 938 ₽
Электронные компоненты. Бесплатная доставка по России
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя