MPC533/MPC534微控制器產(chǎn)品剖析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器是眾多項(xiàng)目的核心組件。今天我們要深入探討的是NXP（原飛思卡爾半導(dǎo)體）的MPC533/MPC534微控制器，它屬于摩托羅拉MPC500 RISC微控制器家族。接下來(lái)，我們將詳細(xì)了解它的各項(xiàng)特性、與其他產(chǎn)品的對(duì)比以及相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)。

文件下載：MPC534CZP40.pdf

產(chǎn)品概述

MPC533和MPC534在功能上有一些差異，主要體現(xiàn)在閃存代碼壓縮方面。MPC533擁有512KB的閃存，但不支持代碼壓縮；而MPC534同樣具備512KB閃存，并且支持代碼壓縮功能。

關(guān)鍵特性

高性能CPU系統(tǒng)

• RISC MCU中央處理器（RCPU）：采用32位單發(fā)射PowerPC核心，具備精確的異常模型和64位浮點(diǎn)單元（FPU）。MPC534支持代碼壓縮，可減少內(nèi)部/外部閃存的使用量（代碼最多可減少50%），且該功能針對(duì)汽車（非緩存）應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。同時(shí)，它還提供了廣泛的系統(tǒng)開發(fā)支持，如片上觀察點(diǎn)和斷點(diǎn)、程序流跟蹤等。
• MPC500系統(tǒng)接口（USIU）：具有系統(tǒng)配置和保護(hù)功能，包括周期性中斷定時(shí)器、總線監(jiān)視器、軟件看門狗定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）、PPC遞減器和時(shí)基等。它還具備時(shí)鐘合成器、電源管理、復(fù)位控制器等功能。其外部總線接口能承受5V輸入，提供2.6V輸出，并支持多主設(shè)計(jì)。增強(qiáng)型中斷控制器支持多達(dá)8個(gè)外部和40個(gè)內(nèi)部中斷，簡(jiǎn)化了中斷結(jié)構(gòu)，減少了中斷處理時(shí)間。此外，USIU支持雙映射，可將部分內(nèi)部/外部?jī)?nèi)存映射到另一個(gè)外部?jī)?nèi)存，外部總線支持非環(huán)繞突發(fā)指令提取，每個(gè)內(nèi)存周期最多可提取8條指令。
• 突發(fā)緩沖控制器（BBC）模塊：支持增強(qiáng)型中斷控制器（EIC）和增強(qiáng)型異常表重定位功能，包含分支目標(biāo)緩沖器。它還擁有2KB的解壓縮RAM（DECRAM）用于代碼壓縮，當(dāng)不使用代碼壓縮功能時(shí)，該RAM也可作為通用RAM使用。
• 靈活的內(nèi)存保護(hù)單元：在BBC和L2U中具有靈活的內(nèi)存保護(hù)單元（MPU），一個(gè)全局條目中提供默認(rèn)屬性，支持推測(cè)訪問(wèn)，最多支持8個(gè)內(nèi)存區(qū)域，其中4個(gè)用于數(shù)據(jù)，4個(gè)用于指令。
• 內(nèi)存控制器：通過(guò)內(nèi)存控制器提供4個(gè)靈活的芯片選擇，具有24位地址和32位數(shù)據(jù)總線，支持4KB到16MB（數(shù)據(jù)）或4GB（指令）的區(qū)域大小，支持增強(qiáng)型外部突發(fā)，最多8節(jié)拍傳輸突發(fā)，最小總線事務(wù)為兩個(gè)時(shí)鐘周期，可與SRAM、EPROM、閃存和其他外設(shè)配合使用，具備字節(jié)選擇或?qū)懯鼓芄δ埽?2位地址解碼帶有位掩碼，有4個(gè)區(qū)域。
• 512KB的CDR3閃存EEPROM內(nèi)存（UC3F）：為一個(gè)512KB的模塊，支持頁(yè)面讀取模式，可按塊（64KB）擦除，需要外部4.75 - 5.25V的VFLASH電源進(jìn)行編程、擦除和讀取操作，在25°C時(shí)典型的寫入/擦除周期耐力為100,000次，典型的數(shù)據(jù)保留時(shí)間為100年。
• 32KB靜態(tài)RAM（CALRAM）：由一個(gè)32KB的CALRAM模塊組成，包括28KB的靜態(tài)RAM和4KB的校準(zhǔn)（覆蓋）RAM，允許對(duì)基于閃存的常量進(jìn)行校準(zhǔn)。有8個(gè)512字節(jié)的覆蓋區(qū)域，支持單時(shí)鐘快速訪問(wèn)，也有兩個(gè)時(shí)鐘周期訪問(wèn)選項(xiàng)以節(jié)省電源，具備保持活動(dòng)電源（IRAMSTBY）以保留數(shù)據(jù)。
• 通用I/O支持（GPIO）：在單芯片模式下，24個(gè)地址引腳和32個(gè)數(shù)據(jù)引腳可用于通用I/O，MIOS14中有16個(gè)GPIO，許多外設(shè)引腳在不用于主要功能時(shí)也可作為GPIO使用。外部總線引腳提供2.6V輸出，具備5V輸出并帶有壓擺率控制。

Nexus調(diào)試端口（3類）

符合IEEE - ISTO 5001 - 1999的3類標(biāo)準(zhǔn)，支持通過(guò)分支跟蹤消息（BTM）進(jìn)行程序跟蹤，通過(guò)數(shù)據(jù)寫消息（DWM）和數(shù)據(jù)讀消息（DRM）進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤，通過(guò)所有權(quán)跟蹤消息（OTM）進(jìn)行所有權(quán)跟蹤。可通過(guò)READI讀寫訪問(wèn)協(xié)議在運(yùn)行時(shí)訪問(wèn)片上內(nèi)存映射和特殊用途寄存器（SPRs），通過(guò)輔助端口進(jìn)行觀察點(diǎn)消息傳遞，具有9或16個(gè)全雙工輔助引腳接口以實(shí)現(xiàn)中高可見(jiàn)性吞吐量，所有功能可通過(guò)輔助端口進(jìn)行配置和控制，具備生產(chǎn)環(huán)境的安全功能，支持通過(guò)輔助端口進(jìn)行RCPU調(diào)試模式，READI模塊可獨(dú)立于系統(tǒng)復(fù)位進(jìn)行復(fù)位。

集成I/O系統(tǒng)

• 22通道模塊化I/O系統(tǒng)（MIOS14）：包含六個(gè)模數(shù)計(jì)數(shù)器子模塊（MCSM）、10個(gè)雙動(dòng)作子模塊（DASM）、12個(gè)專用PWM子模塊（PWMSM）和一個(gè)MIOS14 16位并行端口I/O子模塊（MPIOSM）。
• 增強(qiáng)型排隊(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊（QADC64E）：通過(guò)內(nèi)部復(fù)用提供總共16個(gè)模擬通道，直接支持多達(dá)4個(gè)外部復(fù)用器，通過(guò)外部復(fù)用在QADC64E模塊上最多可提供41個(gè)總輸入通道?？赏ㄟ^(guò)軟件配置為增強(qiáng)模式或傳統(tǒng)（MPC555兼容）模式，未使用的模擬通道可作為數(shù)字輸入/輸出引腳，在增強(qiáng)模式下所有通道都可作為GPIO。具備10位A/D轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部采樣/保持功能，典型轉(zhuǎn)換時(shí)間小于5μs（200K樣本/秒），有兩個(gè)可變長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)換命令隊(duì)列，可由外部邊緣觸發(fā)、軟件命令、QADC64E模塊內(nèi)的周期性/間隔定時(shí)器（可分配給隊(duì)列1和2）或外部門控觸發(fā)（僅隊(duì)列1）啟動(dòng)自動(dòng)隊(duì)列模式，有64個(gè)結(jié)果寄存器，輸出數(shù)據(jù)可右對(duì)齊或左對(duì)齊，有符號(hào)或無(wú)符號(hào)，具備備用參考輸入（ALTREF），可在轉(zhuǎn)換命令字（CCW）中進(jìn)行控制。
• 一個(gè)CAN 2.0B控制器（TouCAN）模塊：提供16個(gè)消息緩沖區(qū)，可編程I/O模式，可屏蔽中斷，獨(dú)立于傳輸介質(zhì)（假設(shè)使用外部收發(fā)器），具有開放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和多主概念，對(duì)EMI具有高抗擾性，高優(yōu)先級(jí)消息的延遲時(shí)間短，具備低功耗睡眠模式，可在總線活動(dòng)時(shí)可編程喚醒。
• 排隊(duì)串行多通道模塊（QSMCM）：包含一個(gè)排隊(duì)SPI和兩個(gè)SCI，與MPC555的QSMCM功能完全匹配。排隊(duì)SPI提供全雙工通信端口用于外設(shè)擴(kuò)展或處理器間通信，最多可進(jìn)行32次預(yù)編程傳輸，減少開銷，是同步串行接口，波特率最高可達(dá)系統(tǒng)時(shí)鐘的1/4，有四個(gè)可編程外設(shè)選擇引腳，通過(guò)外部解碼支持多達(dá)16個(gè)設(shè)備，通過(guò)內(nèi)部解碼支持多達(dá)8個(gè)設(shè)備，特殊的環(huán)繞模式允許對(duì)串行外設(shè)進(jìn)行連續(xù)采樣，以便與串行模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器高效接口。SCI的UART模式提供NRZ格式和半雙工或全雙工接口，一個(gè)SCI上有16個(gè)寄存器接收緩沖區(qū)和16個(gè)寄存器發(fā)送緩沖區(qū)，具備高級(jí)錯(cuò)誤檢測(cè)和可選的奇偶校驗(yàn)生成與檢測(cè)功能，字長(zhǎng)可編程為8位或9位，有單獨(dú)的發(fā)送器和接收器使能位，數(shù)據(jù)采用雙緩沖，喚醒功能允許CPU在檢測(cè)到真正的空閑線或接收到新地址字節(jié)之前不間斷運(yùn)行。
• 外設(shè)引腳復(fù)用（PPM）：是微處理器和外部設(shè)備之間的同步串行接口，可通過(guò)PPM復(fù)用兩個(gè)內(nèi)部并行數(shù)據(jù)源，即MIOS14的12個(gè)PWM通道和4個(gè)MDA通道，以及內(nèi)部GPIO的16個(gè)通用輸入和16個(gè)通用輸出。軟件可配置流大小、基于系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘（TCLK）和時(shí)鐘模式（SPI模式和TDM模式），還支持軟件選擇的操作模式（連續(xù)模式和開始 - 發(fā)送 - 接收（STR）模式）以及軟件可配置的內(nèi)部模塊互連（短路）。

與MPC555的比較

SRAM保持活動(dòng)電源行為

一個(gè)保持活動(dòng)電源引腳（IRAMSTBY）為RAM提供保持活動(dòng)電源。該引腳可通過(guò)內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器直接由電池供電，或使用小電池用于備用。當(dāng)MPC533斷電時(shí)，IRAMSTBY電源為32KB CALRAM和2KB BBC DECRAM模塊供電。

地址映射

MPC533的內(nèi)部?jī)?nèi)存映射組織為一個(gè)單一的4MB塊，用戶可通過(guò)對(duì)USIU中的寄存器（IMMR[ISB]）進(jìn)行編程，將該塊分配到八個(gè)位置之一，這八個(gè)可能的位置是從地址0x0000 0000開始的前八個(gè)4MB內(nèi)存塊。內(nèi)部?jī)?nèi)存空間分為閃存（512KB）、CALRAM靜態(tài)RAM內(nèi)存（32KB）、控制寄存器和IMB3模塊（64KB）等部分。

引腳圖

文檔中提供了MPC533的引腳圖，對(duì)于硬件設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，這是進(jìn)行電路連接和布局的重要參考。

支持文檔列表

包括MPC555用戶手冊(cè)（MPC555UM/AD）、MPC533參考手冊(cè)（MPC533RM/D）、RCPU參考手冊(cè)（RCPURM/AD）、Nexus標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（非摩托羅拉文檔）、Nexus網(wǎng)站（http://www.nexus5001.org/）以及IEEE 1149.1規(guī)范（非摩托羅拉文檔）等，這些文檔為開發(fā)者提供了更詳細(xì)的技術(shù)信息和指導(dǎo)。

MPC533/MPC534微控制器以其豐富的功能和高性能，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。電子工程師們?cè)?a href="http://m.makelele.cn/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)項(xiàng)目時(shí)，可以根據(jù)具體需求充分利用其特性，實(shí)現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。你在使用類似微控制器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。