飞利浦基于ARM的微控制器增加闪存以支持CAN汽车总线

(作者：张国勇)

飞利浦半导体公司为其基于ARM7 TDMI的LPC2000系列32位MCU增添更多的存储器，以在更高水平上支持汽车及工业控制区域网(CAN)总线。新款MCU工作在高达60MHz的频率上，且功耗低于许多8位MCU，批量售价大约为每片5美元。飞利浦将这些芯片定位成与众多16位及高端8位MCU进行竞争。

该系列MCU的核心是ARM7 TDMI-S第4版内核，它是一种大约3.1万门的可综合32位微处理器。飞利浦目前已经在其0.18微米CMOS闪存工艺上实现了这款MCU，工作频率最高达60MHz。

一种增强型中断控制器提高了实时性能，超越了标准ARM单元，飞利浦公司称。此外，0.18微米工艺提供了实现ARM“嵌入式跟踪模块”(ETM)所需的晶体管预算，飞利浦半导体部微控制器产品总经理Geoff Lees称。

“ETM自己就拥有大约与ARM7内核一样的尺寸，因此如果采用0.35工艺，它不可能在MCU设计中实现，但用0.18微米工艺就不同了，”Lees介绍说，“我们已经从用户那儿得到了相当积极的反馈。”

其它两项硬件创新使得该器件独树一帜。第一项是飞利浦0.18微米的优化闪存阵列。“迄今为止，我们是能够付运任何一种0.18微米闪存的唯一一家公司，”Lees说，“这种特殊的存储单元专为嵌入式应用而设计，它采用一个双晶体管单元和一种耐久的写/擦机制，一般可写/擦一万次。”

该闪存的速度也很快。闪存阵列宽128位，因此它们每周期可为ARM内核提供四条32位指令。这使得该MCU无需经过等待状态就可直接从闪存上执行指令，只要它们处在指令序列中。为了减少序列变化时的等待时间，该芯片实现了一组类似一个超标量CPU的功能：预取硬件、避免数据读/写打乱地址序列的数据旁路和一个最后跳转缓冲器，也就是说，如果一个跳转是到它上次跳转的地方，那么该指令可就地产生，同时闪存转向新的地址区。

其结果是LPC2100可直接从闪存上执行指令，引导期间无需将代码传送到SRAM。这不仅能省掉一个耗时又耗能的系统启动步骤，还意味着该器件只需用SRAM实现工作存储，比一般的32位处理器节省很多。

第二项创新出自德国汉堡的飞利浦CAN研发中心。该中心目前已经开发出一种中央CAN过滤模块，其4KB缓冲RAM可通过同一个芯片上的多个CAN总线接口共享。这使得飞利浦公司能在同一个MCU上集成多达四个CAN接口。这种MCU的速度为60MHz，可在CAN环境中充当总线桥或路由器，从而有可能取代一种更雄心勃勃的ASIC设计。

该MCU还富含先进的、面向控制的设备所需常规外设电路：多个SPI端口、一个六通道脉宽调制器以及一个多达八路的10位A/D转换器等。

飞利浦新款MCU的报价富有竞争力。例如，LPC2214的批量报价为每片5.50美元，它带有256KB闪存和16KB的SRAM，但不带CAN接口。Lees说，飞利浦准备积极说服客户从其16位XA系列迁移到LPC2000系列。飞利浦将继续生产XA芯片，但鼓励向新芯片转移。

为了这个目的，飞利浦正努力克服迁移的另一个障碍：开发工具成本。一套32位处理器开发的完整工具一般要花5,000美元或更多，Lees说，而伴随着8位架构成长起来的低成本工具供应商价格是其十分之一。因此，飞利浦将开发板及JTAG接口套件和一种不受限制的本地编译器合并在一起，其售价大约为250美元。

飞利浦不打算放慢向更高性能和更低成本发展的步伐。“飞利浦将跨越0.16微米阶段，直接采用全新的0.14微米闪存工艺，”Lees说，“因为我们从设计一开始就计划这种跨越，并故意放大关键的模拟特性，所以我们将使这种跨越成为一种直观的尺寸缩减。不过，它将为我们提供实实在在的存储器面积缩减，而且我们正在寻求将时钟频率提高到80MHz。”

飞利浦公司还在寻求降低功耗的途径。“这些芯片目前的功耗大约为1mW/MHz，低于我们的8位系列，”Lees表示，“但坦率地讲，如果客户想在基于电池的系统中用这些芯片，则需要仔细考虑。芯片的总待机漏电流可达100微安，因此有必要在非活动期间完全关掉该MCU，”他指出，“我们正在寻求一种可减少待机漏电流的方法，特别是存储块里的待机漏电流。”

用不了多久，飞利浦就会计划向90纳米工艺进发。“我们将目标定位在飞利浦、SMT微电子及TSMC公司正在法国联合开发的90纳米闪存工艺上，”Lees说，“工程师们已经在那里出带了基本工艺，因此我们有可能在2006年付运90纳米闪存器件。”

Lees表示，飞利浦还会将ARM9 CPU核引入该产品线。如果在一个更快的进程中集成该内核，“那么将一个32位MCU用作以太网或CAN/以太网路由器就很可行，可执行那些目前被认为是ASIC独占领地的功能。”