Blog về công ty Vi điều khiển USB Flexis V1 ColdFire 32-Bit 50MHz NXP MCF51JM64

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. cung cấp bộ vi điều khiển USB Flexis V1 ColdFire 32-bit 50 MHz NXP MCF51JM64 32-bit 50 MHz Flexis V1 ColdFire USB microcontroller.

I. MCF51JM64 Định vị sản phẩm: Phân khúc tầm trung 32-bit trong Dòng sản phẩm Flexis Controller
MCF51JM64 thuộc nhánh 32-bit của Dòng sản phẩm Flexis Controller của NXP. Kiến trúc này được thiết kế để đảm bảo rằng các dòng sản phẩm S08 8-bit và ColdFire V1 32-bit càng gần nhau càng tốt về cấu hình ngoại vi, định nghĩa chân và công cụ phát triển, do đó khi các kỹ sư nâng cấp từ MC9S08JM60 lên dòng MCF51JM, các sửa đổi phần cứng sẽ tối thiểu và lộ trình di chuyển mã rõ ràng.

Trong dòng MCF51JM, có ba biến thể được phân loại theo dung lượng Flash: MCF51JM128 (128 KB), MCF51JM64 (64 KB) và MCF51JM32 (32 KB). Cả ba đều có 16 KB SRAM và các tài nguyên ngoại vi gần như giống hệt nhau. MCF51JM64 chiếm vị trí trung gian, cung cấp không gian rộng rãi hơn cho các ngăn xếp giao thức và firmware so với phiên bản 32KB, đồng thời tránh chi phí tương đối cao của phiên bản 128KB; do đó, nó rất phù hợp cho các ứng dụng kết hợp giao tiếp USB với logic điều khiển quy mô trung bình.

II. MCF51JM64 Kiến trúc lõi: Lõi ColdFire V1 và Cấu hình bộ nhớ
MCF51JM64 sử dụng lõi RISC ColdFire V1 32-bit với tần số lõi tối đa 50,33 MHz và tần số bus 25 MHz. Lõi hoạt động trong dải điện áp từ 2,7 V đến 5,5 V và dải nhiệt độ môi trường từ –40 °C đến +105 °C, đáp ứng đầy đủ các thông số kỹ thuật cấp công nghiệp và làm cho nó phù hợp để sử dụng trực tiếp trong các thiết bị trường yêu cầu dải nhiệt độ và điện áp rộng.

Về bộ nhớ, nó được cấu hình với 64 KB Flash và 16 KB SRAM. Flash hỗ trợ các hoạt động đọc, lập trình và xóa trên toàn bộ dải điện áp hoạt động và nhiệt độ, và không yêu cầu giảm định mức khi sử dụng trong điều kiện nhiệt độ thấp hoặc điện áp thấp. SRAM được trang bị mạch an toàn để bảo vệ các vùng dữ liệu quan trọng, ngăn chặn việc ghi đè ngoài ý muốn trong trường hợp chương trình chạy sai. Đối với các ngăn xếp giao thức thiết bị USB, bộ đệm tin nhắn CAN và bộ nhớ đệm dữ liệu cho lấy mẫu đa kênh, 16KB đại diện cho dung lượng hào phóng cho loại thiết bị này.

Kênh gỡ lỗi của kernel là giao diện một dây BDM (Chế độ Gỡ lỗi Nền); khi được sử dụng với bộ dò tìm gỡ lỗi OSBDM hoặc P&E, nó cho phép mô phỏng tại mạch, điểm dừng và các hoạt động đọc/ghi bộ nhớ mà không yêu cầu sử dụng các ngoại vi giao tiếp bổ sung.

Hệ thống đồng hồ được xử lý bởi bộ tạo xung nhịp đa năng MCG, bao gồm FLL và PLL. Việc sử dụng bộ tạo xung nhịp tham chiếu nội bộ loại bỏ nhu cầu về bộ dao động tinh thể bên ngoài, do đó giảm thời gian khởi động; tuy nhiên, khi USB được bật, cần có nguồn xung nhịp bên ngoài có độ chính xác cao để đảm bảo đủ biên độ thời gian cho giao tiếp tốc độ đầy đủ 12 Mbps.

III. MCF51JM64 Hệ thống con USB: OTG hai vai trò là điểm bán hàng cốt lõi của chip này
MCF51JM64 tích hợp bộ điều khiển USB OTG hai vai trò tuân thủ đặc tả USB 2.0 Tốc độ đầy đủ và có thể chuyển đổi giữa ba cấu hình: Thiết bị, Máy chủ và OTG. Điều này có nghĩa là một chip duy nhất có thể hoạt động như một thiết bị ngoại vi USB được kết nối với máy tính chủ và ngược lại, đảm nhận vai trò máy chủ để đọc ổ USB flash hoặc kết nối các thiết bị ngoại vi HID, do đó loại bỏ nhu cầu về một chip điều khiển USB máy chủ riêng biệt.

Chip tích hợp bộ thu phát USB và mạch điều chỉnh điện áp 3,3V (chỉ cần kết nối một tụ điện bên ngoài với chân VUSB33); bên ngoài, chỉ cần xử lý các đường vi sai USB, phát hiện VBUS và bảo vệ ESD, dẫn đến danh sách vật liệu tương đối hợp lý.

Hệ sinh thái phần mềm là một điểm mạnh khác của chip này. NXP cung cấp một ngăn xếp giao thức USB hoàn chỉnh cho dòng JM: ngăn xếp thiết bị, ngăn xếp máy chủ, ngăn xếp OTG, cũng như thư viện PHDC và thư viện hệ thống tệp MSD FATFS cho kết nối y tế. Các ghi chú ứng dụng chính thức cũng cung cấp hai giải pháp sẵn sàng sử dụng: thiết kế cầu nối CAN sang USB trong AN3690 và bộ nạp khởi động USB trong AN3748; chúng về cơ bản có thể được triển khai bằng cách làm theo hướng dẫn.

IV. MCF51JM64 Tài nguyên tương tự và thời gian: Để lấy mẫu và điều khiển vòng kín
Phần đầu tương tự bao gồm ADC xấp xỉ liên tiếp 12-bit, hỗ trợ tối đa 12 kênh đầu vào. Nó có cả chế độ chuyển đổi đơn và chuyển đổi liên tục, và hỗ trợ chức năng so sánh tự động có thể trực tiếp kích hoạt ngắt khi giá trị lấy mẫu vượt quá ngưỡng, do đó giảm tải thăm dò của CPU. Số lượng kênh thay đổi tùy thuộc vào gói; phiên bản 80 chân cung cấp bộ đầy đủ nhất, trong khi các phiên bản 64 chân và 44 chân có số lượng giảm tùy thuộc vào đa hợp chân. Nó cũng có một bộ so sánh tương tự (ACMP), có thể được sử dụng để phát hiện điểm không, giám sát nguồn điện hoặc so sánh ngưỡng đơn giản.

Các tài nguyên thời gian bao gồm hai đơn vị: TPM1, bộ hẹn giờ 16-bit 6 kênh và TPM2, bộ hẹn giờ 2 kênh; cùng nhau, chúng cung cấp tổng cộng tám kênh có thể được cấu hình độc lập làm đầu vào chụp, đầu ra so sánh hoặc PWM căn lề cạnh. Số lượng kênh này đủ cho các ứng dụng như trình điều khiển động cơ nhỏ, làm mờ đèn LED, trình điều khiển còi và đo xung đa kênh. Ngoài ra, có bộ hẹn giờ điều chế sóng mang CMT, được thiết kế đặc biệt để tạo sóng mang 38 kHz và dạng sóng giao thức cho điều khiển từ xa hồng ngoại; đồng hồ thời gian thực RTC chịu trách nhiệm cho các ứng dụng dựa trên thời gian và lịch năng lượng thấp.

V. MCF51JM64 Giao diện giao tiếp: CAN, Cổng nối tiếp kép, SPI kép, I²C kép
Các ngoại vi giao tiếp đại diện cho một lĩnh vực khác mà dòng sản phẩm này vượt trội. Bộ điều khiển MSCAN hỗ trợ giao tiếp bus CAN và nhà sản xuất cung cấp giải pháp bộ nạp khởi động CAN AN4511, cho phép cập nhật firmware qua không khí. Xin lưu ý rằng gói 44 chân không bao gồm các chân CAN; điều cần thiết là phải xác minh loại gói khi chọn thiết bị.

Các giao diện khác bao gồm hai cổng nối tiếp bất đồng bộ SCI, hai cổng SPI, hai cổng I²C và tối đa tám đường ngắt bàn phím (KBI). Số lượng chân GPIO thay đổi theo gói: 66 (80 chân), 51 (64 chân) và 33 (44 chân). Ngoài ra còn có một cổng GPIO nhanh 16-bit (RGPIO); gói 80 chân cung cấp tất cả 16 bit, gói 64 chân cung cấp 6 bit, trong khi gói 44 chân không bao gồm tính năng này, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng yêu cầu chuyển đổi trạng thái độ trễ thấp.

VI. MCF51JM64 Bảo mật và Độ tin cậy Hệ thống
Các cơ chế bảo vệ hệ thống bao gồm bộ giám sát đồng hồ độc lập (COP), phát hiện điện áp thấp (LVD) và mạch bảo mật Flash, cung cấp khả năng bảo vệ đọc cho bộ nhớ trên chip để ngăn chặn việc đọc firmware từ bên ngoài.

Có một chi tiết quan trọng liên quan đến khả năng mã hóa: CAU (Đơn vị Tăng tốc Mã hóa) và RNGA (Mảng Bộ tạo Số Ngẫu nhiên) không phải là các tính năng tiêu chuẩn trên toàn bộ dòng sản phẩm; chỉ các phiên bản có chữ 'E' trong số hiệu kiểu máy của chúng (như MCF51JM64EVLH) mới có các thành phần phần cứng này. CAU tăng tốc thực thi các thuật toán như AES, DES và SHA, trong khi RNGA cung cấp nguồn số ngẫu nhiên dựa trên phần cứng, làm cho nó phù hợp với các thiết kế yêu cầu giao tiếp được mã hóa, lưu trữ khóa hoặc xác thực an toàn. Các phiên bản tiêu chuẩn (như MCF51JM64VLH) không bao gồm tăng tốc mã hóa; mã hóa phải được thực hiện thông qua phần mềm, dẫn đến hiệu suất và bảo mật bị ảnh hưởng.

VII. MCF51JM64 Gói và Phiên bản có thể đặt hàng: 8 Số hiệu bộ phận riêng biệt
MCF51JM64 có sẵn trong 8 phiên bản có thể đặt hàng, bao gồm 4 kết hợp các loại gói và khả năng mã hóa:
Đầu tiên, MCF51JM64VLK, một LQFP 80 chân không có tăng tốc mật mã.

Thứ hai, MCF51JM64EVLK, một LQFP 80 chân có CAU và RNGA.

Thứ ba, MCF51JM64VLH, một LQFP 64 chân (10×10 mm) không có tăng tốc mật mã.

Biến thể thứ tư: MCF51JM64EVLH, LQFP 64 chân, có CAU và RNGA.

Biến thể thứ năm: MCF51JM64VQH, QFP 64 chân, 14×14 mm, không có tăng tốc mã hóa.

Biến thể thứ sáu: MCF51JM64EVQH, QFP 64 chân, có CAU và RNGA.

Biến thể thứ bảy là MCF51JM64VLD, một LQFP 44 chân, 10×10 mm, không có tăng tốc mã hóa hoặc CAN.

Biến thể thứ tám là MCF51JM64EVLD, một LQFP 44 chân, có CAU và RNGA, nhưng không có CAN.

Tất cả các biến thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ công nghiệp từ –40°C đến +105°C. Quy ước đặt tên bộ phận có thể được phân tích như sau: 'MCF51' biểu thị dòng ColdFire V1 51; 'JM' là mã dòng; '64' đại diện cho 64 KB Flash; 'E' cho biết đơn vị tăng tốc mã hóa được bật; 'V' biểu thị cấp nhiệt độ công nghiệp; 'L' và 'Q' phân biệt giữa các gói LQFP và QFP; và các ký tự cuối cùng 'K', 'H' và 'D' tương ứng với 80, 64 và 44 chân. Khi mua hoặc thay thế linh kiện, miễn là bạn nhận ra các hậu tố này, bạn sẽ không nhầm lẫn các số hiệu bộ phận có và không có mã hóa.

VIII. Kịch bản ứng dụng điển hình cho MCF51JM64
Loại đầu tiên bao gồm các cầu nối USB sang CAN và các công cụ chẩn đoán bus. Chúng phù hợp cho thiết bị chẩn đoán trên bo mạch, cổng kết nối bus trường công nghiệp và bộ phân tích mạng CAN; USB hai vai trò, khi kết hợp với MSCAN, tạo thành một giải pháp cầu nối hoàn chỉnh.

Loại 2: Thu thập dữ liệu và kết nối USB cho thiết bị y tế. Thích hợp cho các thiết bị y tế di động và thiết bị giám sát sức khỏe; thư viện lớp PHDC chính thức và thư viện kết nối y tế có thể được tái sử dụng trực tiếp, rút ngắn chu kỳ chứng nhận và phát triển.

Loại 3: Mô-đun thu thập dữ liệu công nghiệp. Thích hợp cho thu thập tương tự đa kênh, bộ tập trung cảm biến và I/O từ xa; ADC 12-bit, kết hợp với cổng nối tiếp kép và giao diện I²C kép, cho phép kết nối đồng thời nhiều thiết bị cảm biến và lưu trữ khác nhau.

Loại thứ tư bao gồm các thiết bị ngoại vi giao diện người-máy và HID USB. Thích hợp cho bàn phím công nghiệp, máy quét mã vạch, bộ chuyển đổi USB sang nối tiếp và các thiết bị bảo mật như khóa cứng; đặc biệt, các phiên bản có hậu tố 'E' có thể hỗ trợ các chức năng mã hóa và xác thực.

Loại thứ năm bao gồm điều khiển tòa nhà và điều khiển chuyển động quy mô nhỏ. Thích hợp cho điều khiển tốc độ quạt và bơm, bộ truyền động van và làm mờ đèn; tám kênh PWM và ACMP đủ để tạo thành một hệ thống vòng kín chi phí thấp.

Loại 6: Bảo trì các nền tảng cũ và thí nghiệm giáo dục. Thích hợp cho các bộ phận dự phòng trong bảo trì dây chuyền sản xuất cũ, các khóa học hệ thống nhúng đại học và bảng giảng dạy kiến trúc ColdFire; sự tương ứng giữa kiến trúc Flexis và S08 tạo điều kiện giải thích việc di chuyển từ hệ thống 8-bit sang 32-bit.

IX. MCF51JM64 Cân nhắc thiết kế và Rủi ro lựa chọn
Trong phần nguồn điện, việc tách rời phải được xử lý riêng cho VDD và VDDA, trong khi các mặt đất tương tự và kỹ thuật số phải hội tụ tại một điểm duy nhất; chân VUSB33 phải được kết nối với một tụ điện ổn định có điện dung quy định, nếu không bộ thu phát USB sẽ hoạt động không đáng tin cậy. Kiểm soát trở kháng và bảo vệ ESD phải được triển khai cho các đường vi sai USB, và biên độ đủ phải được cho phép đối với bộ chia điện áp phát hiện VBUS. Liên quan đến thiết kế đồng hồ, bộ dao động tinh thể bên ngoài phải được sử dụng khi hoạt động qua USB; không được phép dựa vào bộ tạo xung nhịp RC nội bộ.

Việc lập trình Flash phải được thực hiện theo từng phân đoạn, vì số chu kỳ xóa/ghi bị giới hạn. Đối với các ứng dụng liên quan đến việc ghi tham số thường xuyên, nên sử dụng EEPROM bên ngoài hoặc sử dụng vùng RAM dự phòng làm bộ nhớ đệm. Trong giai đoạn gỡ lỗi, nên sử dụng bộ dò tìm BDM trước để lộ các chân BDM; khi đã sản xuất hàng loạt, có thể thực hiện nâng cấp tại hiện trường thông qua bộ nạp khởi động CAN hoặc USB.

Rủi ro lớn nhất bắt nguồn từ vòng đời sản phẩm. Dòng sản phẩm này đã đạt đến trạng thái hết vòng đời, và tỷ lệ hàng mới và hàng tân trang trên thị trường ngày càng tăng. Các thiết kế mới nên đánh giá việc di chuyển sang dòng ColdFire+ MCF51Jx hoặc các nền tảng vẫn đang được sản xuất, như Kinetis và LPC; các dây chuyền sản xuất hiện có phải đảm bảo các kênh cung ứng ổn định và thiết lập kho dự phòng.