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大容量Flash型AT91系列ARM核微控制器
引 言
AT91FR40162是美國Atmel公司生產(chǎn)的AT91系列微控制器中的一員，具有ARM7TDMI核、大容量Flash存儲器以及片內SRAM和外圍。這種微控制器的特點(diǎn)是高性能--32位RISC體系結構、高密度--16位指令集、低功耗以及實(shí)時(shí)性，擴充的Flash存儲器還增加了開(kāi)發(fā)者使用的靈活性。除此以外，大量的內部分組寄存器加速了對異常的處理過(guò)程，從而使其更適合于實(shí)時(shí)控制的應用。8級基于向量的優(yōu)先級中斷控制器和外圍數據控制器PDC大大增強了實(shí)時(shí)器件的性能。此器件適用于開(kāi)發(fā)工業(yè)自動(dòng)化系統、MP3、銷(xiāo)售終端、GPS接收機以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品等對功耗敏感且要求具有實(shí)時(shí)性的產(chǎn)品。AT91FR40162微控制器的特點(diǎn)是在一個(gè)121-ball BGA封裝中集成了256 KB的片內SRAM和16 Mbit的Flash存儲器。它為許多計算密集的嵌入式控制應用領(lǐng)域提供了功能強大、使用靈活且性?xún)r(jià)比高的解決方案，同時(shí)還可以幫助用戶(hù)減小PCB尺寸和系統成本。Flash存儲器可以通過(guò)JTAG/ICE接口或者廠(chǎng)家編寫(xiě)的Flash Uploader軟件進(jìn)行編程，從而使AT91FR40162適合于在系統可編程應用。
1 功能框圖及產(chǎn)品特點(diǎn)
AT91FR40162的功能框圖如 圖1所示。
AT91FR40162的主要特點(diǎn)是：ARM7TDMI處理器核、256 KB的片內SRAM和1024 K字的16位Flash存儲器、完全可編程的外部總線(xiàn)接口EBI、具有8個(gè)優(yōu)先級且可以獨立屏蔽的向量中斷控制器、32個(gè)可編程的I/O口線(xiàn)、3通道的16位定時(shí)器/計數器、2個(gè)通用同步/異步收發(fā)器USART、可編程的看門(mén)狗定時(shí)器、先進(jìn)的省電特性、完全靜態(tài)的操作、2.7~ 3.6 V的I/O工作范圍和1.65~1.95 V的內核工作范圍、 -40~85℃的運行溫度范圍以及121-ball 10 mm×10 mm×1.2 mm BGA封裝（球的直徑為0.8 mm）。
2 體系結構
AT91FR40162是由Atmel公司的AT91R40008 ARM/Thumb微控制器和1個(gè)AT49BV1604A/1614A 16Mbit Flash存儲器集成的121-ball BGA封裝器件。除了Flash存儲器使能信號以外的所有地址、數據和控制信號都是內部互連的。
AT91R40008體系結構包括2條主要總線(xiàn)：先進(jìn)的系統總線(xiàn)ASB和先進(jìn)的外圍總線(xiàn)APB。ASB被設計為最佳性能，由存儲控制器控制。ARM7TDMI通過(guò)ASB與片內32位存儲器、外部總線(xiàn)接口EBI和AMBA橋進(jìn)行接口。AMBA橋驅動(dòng)APB，APB被設計用于訪(fǎng)問(wèn)片內外圍并且進(jìn)行了低功耗優(yōu)化。
AT91FR40162將ARM7TDMI處理器的ICE端口接到一些專(zhuān)用的引腳上，從而為目標調試提供了完整、低價(jià)且易用的調試解決方案。
2.1 存儲器
AT91FR40162嵌入了256 KB的內部SRAM。這個(gè)內部存儲器是單周期訪(fǎng)問(wèn)的，它直接與32位數據總線(xiàn)相連。這樣通過(guò)使用微控制器的ARM指令集在66 MHz下可以提供60 MIPS的最高性能，同時(shí)降低了系統功耗。AT91FR40162以擁有1個(gè)外部總線(xiàn)接口EBI為特性，它用于連接外部存儲器和專(zhuān)用外圍設備。EBI支持8或16位器件并且可以使用2個(gè)8位器件來(lái)仿真1個(gè)16位器件。EBI執行早讀協(xié)議，與標準的存儲器接口相比，能夠提供更快的存儲器訪(fǎng)問(wèn)速度。AT91FR40162嵌入了1個(gè)由1024K個(gè)16位字組成的Flash存儲器，通過(guò)EBI可以訪(fǎng)問(wèn)它。Flash的主要功能是作為程序存儲器。1條16位的Thumb指令可以在1個(gè)訪(fǎng)問(wèn)周期從Flash存儲器被加載。分離的MCU和Flash復位輸入（NRST和NRSTF）是為了得到最大的系統靈活性，方便用戶(hù)自由地根據應用選擇復位操作。AT91FR40162集成了一個(gè)叫作AT91 Flash Uploader的駐留引導軟件。AT91 Flash Uploader軟件能夠向Flash存儲器加載應用軟件。
2.2 外 圍
AT91FR40162集成了多個(gè)外圍，它們被分成2類(lèi)：系統外圍和用戶(hù)外圍。所有的片內外圍都可以通過(guò)AMBA橋接受32位的訪(fǎng)問(wèn)。外圍寄存器由控制寄存器、模式寄存器、數據寄存器、狀態(tài)寄存器和使能/禁止/狀態(tài)寄存器組成。外圍數據控制器PDC在片內USART和片內或片外的存儲器之間傳輸數據，并且無(wú)需處理器的介入。最重要的一點(diǎn)是，PDC消除了數據傳輸中斷的額外開(kāi)銷(xiāo)，從而在不需要重新編程起始地址的情況下可以連續傳輸高達64 KB的數據。這樣不僅增加了微控制器的性能，而且降低了功耗。
（1）系統外圍
外部總線(xiàn)接口（EBI）通過(guò)1條8位或16位數據總線(xiàn)控制外部存儲器或外部設備，它通過(guò)APB被編程。每一條芯片選擇口線(xiàn)有它自己的編程寄存器。省電模塊（PS）實(shí)現空閑模式（ARM7TDMI核時(shí)鐘停止直到有下一個(gè)中斷），并且允許用戶(hù)根據應用需求調整微控制器的功耗（由獨立的外圍時(shí)鐘控制）。先進(jìn)的中斷控制器AIC控制來(lái)自?xún)炔客鈬闹袛嘣春?個(gè)外部中斷口線(xiàn)（包括FIQ），從而為ARM7TDMI提供中斷或/和外部中斷請求。它通過(guò)集成1個(gè)8優(yōu)先級中斷控制器以及使用自動(dòng)向量特性，降低了中斷延遲時(shí)間。并行輸入/輸出控制器PIO控制高達32條I/O口線(xiàn)。它使用戶(hù)可以選擇特定的引腳作為片內外圍的輸入輸出，或者作為通用的輸入/輸出信號�？梢跃幊蘌IO控制器來(lái)檢測每條線(xiàn)上的信號發(fā)生變化引起的中斷�？撮T(mén)狗定時(shí)器WD用于防止當軟件進(jìn)入死鎖陷阱時(shí)產(chǎn)生系統鎖定。特殊功能SF模塊集成了芯片ID、復位狀態(tài)和保護寄存器。
（2）用戶(hù)外圍
2個(gè)獨立配置的USART可以高波特率進(jìn)行同步或異步通信。每一個(gè)USART還包含1個(gè)超時(shí)寄存器和1個(gè)時(shí)間確保（Time Guard）寄存器，從而方便了2個(gè)專(zhuān)用外圍數據控制器PDC通道的使用。
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