kl25-ch03kl25簡(jiǎn)介與硬件最小系統(tǒng)

1、第3章 KL25簡(jiǎn)介與硬件最小系統(tǒng)1主要內(nèi)容：3.1 飛思卡爾Kinetis微控制器簡(jiǎn)介3.2 KL系列MCU概述與體系結(jié)構(gòu)3.3 KL25系列存儲(chǔ)映像3.4 KL25的引腳功能3.5 KL25硬件最小系統(tǒng)原理圖3.6 實(shí)踐硬件：KL25-FRDM3.7 本章小結(jié)3.1 飛思卡爾Kinetis系列微控制器簡(jiǎn)介 飛思卡爾在2010年飛思卡爾技術(shù)論壇（FTF2010）美國(guó)站推出了Kinetis系列微控制器。面向領(lǐng)域不同，Kinetis系列基于ARM Cortex-M內(nèi)核陸續(xù)推出了Kinetis K系列、L系列、M系列、W系列。Kinetis K 系列飛思卡爾的Kinetis K 系列產(chǎn)品組合有超過

2、200種基于ARM Cortex-M4結(jié)構(gòu)的低功耗，高性能、可兼容的微控制器。目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是便攜式醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表、工業(yè)控制及測(cè)量設(shè)備等。2Kinetis L 系列飛思卡爾的Kinetis L系列MCU不僅汲取了新型ARM Cortex-M0+處理器的卓越能效和易用性、功耗更低、價(jià)格更低、效率更高，而且體現(xiàn)了Kinetis 產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)的性能、多元化的外設(shè)、廣泛的支持和可擴(kuò)展性。目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是8/16位為微控制器應(yīng)用領(lǐng)域的升級(jí)換代，適用于價(jià)格敏感、能效比相對(duì)較高領(lǐng)域，如手持設(shè)備、智能終端等。Kinetis M 系列飛思卡爾的Kinetis M 系列也是基于32位ARM Cortex-M0+內(nèi)核的

3、MCU。 目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是經(jīng)濟(jì)高效的單相或兩相電表設(shè)計(jì)中。Kinetis W 系列飛思卡爾的Kinetis W 系列MCU擴(kuò)展了Kinetis K系列基于ARM Cortex -M4的成功之處。目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是智能電表、傳感器控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等。33.2 KL系列MCU概述與體系結(jié)構(gòu)3.2.1 KL系列MCU概述Kinetis L系列MCU的簡(jiǎn)明特點(diǎn)：（1）內(nèi)核單周期訪問內(nèi)存速度可達(dá)1.77 CoreMark/MHz。（2）執(zhí)行跟蹤緩沖區(qū)：實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)追蹤解決方案，更快定位修正“bug”。（3）BME（Bit Manipulation Engine）：位帶操作引擎技術(shù)支持對(duì)外圍寄存器的操

4、作，與傳統(tǒng)的讀、修改、寫技術(shù)相比，減輕代碼量和周期數(shù)。（4）對(duì)外設(shè)和內(nèi)存，最多提供4通道DMA請(qǐng)求服務(wù)，同時(shí)最大化減輕CPU介入。（5）CPU工作頻率最大可支持48MHz。41. Kinetis L系列MCU的型號(hào)標(biāo)識(shí) 飛思卡爾 Kinetis系列MCU的型號(hào)眾多，但同一子系列的CPU核是相同的，多種型號(hào)只是為了適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。Kinetis L系列命名格式為：“Q KL# A FFF R T PP CC (N)”52. Kinetis L系列MCU的共性Kinetis L系列MCU由五個(gè)子系列組成，分別是：KL0 x、KL1x、KL2x、KL3x、KL4x。從應(yīng)用的角度而言，KL0 x

5、屬于入門級(jí)芯片，KL1x屬于通用型芯片，而KL2x、KL3x、KL4x則更具針對(duì)性，KL2x系列具有USB OTG技術(shù)，KL3x系列支持段式LCD，KL4x系列為KL的旗艦系列，支持功能也最豐富。Kinetis L系列MCU在內(nèi)核、低功耗、存儲(chǔ)器、模擬信號(hào)、人機(jī)接口、安全性、定時(shí)器及系統(tǒng)特性等方面具有一些共同特點(diǎn)。63. KL25子系列MCU簡(jiǎn)介本書以KL25子系列為藍(lán)本闡述嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)，至本書出版時(shí)，該系列共有12個(gè)具體芯片型號(hào)。共同特點(diǎn)有：CPU工作頻率為48MHz；工作電壓為1.71V 3.6V；運(yùn)行溫度范圍為-40 105；具有64B的Cache；具有USB OTG、定時(shí)器、DMA、

6、UART、SPI、IIC、TSI、16位ADC、12位DAC等模塊。7 3.2.2 KL系列MCU體系結(jié)構(gòu)KL系列MCU是以AMBA總線規(guī)范為架構(gòu)SOC（System on chip）。一般來說，AMBA架構(gòu)包含高性能系統(tǒng)總線 （AHB，Advanced High Performace Bus）和低速、低功耗的外設(shè)總線（APB ，Advanced PeriPheral Bus）。 系統(tǒng)總線AHB是負(fù)責(zé)連接ARM內(nèi)核、DMA 控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器或其他需要高帶寬的模塊。外設(shè)總線APB則是用來連接系統(tǒng)的外圍慢速模塊，其協(xié)議規(guī)則相對(duì)系統(tǒng)總線AHB來說較為簡(jiǎn)單，它與系統(tǒng)總線AHB之間則通過總線橋（Bus

7、 bridge）相連，期望能減少系統(tǒng)總線的負(fù)載。8KL系列MCU體系結(jié)構(gòu)圖91AMBA總線規(guī)范ARM公司定義了AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）總線規(guī)范，它是一組針對(duì)基于ARM內(nèi)核、片內(nèi)系統(tǒng)之間通信而設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在AMBA總線規(guī)范中，定義了AHB，APB，ASB這3種總線。2總線橋（Bus Bridge）總線橋（Bus Bridge），在KL25參考手冊(cè)中也被稱為外設(shè)橋（Peripheral bridge），給外設(shè)橋的名字是AIPS-Lite。外設(shè)橋的作用是把交叉開關(guān)（Crossbar switch）接口協(xié)議，轉(zhuǎn)換成私有外設(shè)總線協(xié)

8、議（IPS/APB）。3交叉開關(guān) （Crossbar switch）交叉開關(guān)（Crossbar switch）將總線主機(jī)與總線從機(jī)相連，該結(jié)構(gòu)允許多達(dá)4路主機(jī)同時(shí)訪問不同總線從機(jī)。103.3 KL25系列存儲(chǔ)映像KL25把M0+內(nèi)核之外的模塊，用類似存儲(chǔ)器地址的方式，統(tǒng)一分配地址。1.ROM區(qū)(FLASH區(qū))存儲(chǔ)映像片內(nèi)ROM區(qū)地址空間（0 x0000_0000 - 0 x1FFF_FFFF），用來存儲(chǔ)程序代碼、中斷向量表、只讀數(shù)據(jù)等，總計(jì)512MB。MKL25Z128VLK4為128KB,其地址為： 0 x0000_0000 - 0 x0001_FFFF2. RAM區(qū)存儲(chǔ)映像片內(nèi)RAM區(qū)該區(qū)

9、域被用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，包括堆棧，也能用來存儲(chǔ)程序代碼。113.4 KL25的引腳功能12本書以80引腳LQFP封裝的MKL25Z128VLK4芯片為例闡述ARM Cortex-M0+ 架構(gòu)的Kinetis MCU的編程和應(yīng)用。若沒有特殊說明，本書的KL25均指MKL25Z128VLK4芯片。從需求與供給的角度把MCU的引腳分為“硬件最小系統(tǒng)引腳”與“I/O端口資源類引腳”兩大類。1. 硬件最小系統(tǒng)引腳KL25硬件最小系統(tǒng)引腳包括電源類引腳、復(fù)位腳晶振引腳等，如表所示132. I/O端口資源類引腳 除去需要服務(wù)的引腳外，其他引腳可以為實(shí)際系統(tǒng)提供I/O服務(wù)。芯片提供服務(wù)的引腳也可稱為I/O端口資源類

10、引腳。KL25（80引腳LQFP封裝）具有61個(gè)I/O引腳。143.5 KL25-FRDM評(píng)估板原理圖FRDM-KL25Z是一款超低成本開發(fā)平臺(tái)，面向基于ARM Cortex-M0+處理器的Kinetis L系列 KL1x (KL14/15)和KL2x (KL24/25) MCU。該硬件的特性包括可輕松訪問MCU I/O，配備電池，低功率運(yùn)行，采用可搭配擴(kuò)展板的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，以及用于閃存編程和運(yùn)行控制的內(nèi)置調(diào)試接口。151. 電源及其濾波電路電路中需要大量的電源類引腳用來提供足夠的電流容量同時(shí)保持芯片電流平衡，所有的電源引腳必須外接適當(dāng)?shù)臑V波電容抑制高頻噪音。去耦是指對(duì)電源采取進(jìn)一步的濾波措施，去

11、除兩級(jí)間信號(hào)通過電源互相干擾的影響。2. 復(fù)位電路及復(fù)位功能復(fù)位，意味著MCU一切重新開始。復(fù)位引腳為T_RST。若T_RST信號(hào)有效（低電平）則會(huì)引起MCU復(fù)位。3.晶振電路晶振電路為芯片提供準(zhǔn)確的工作時(shí)鐘。作為振蕩源的晶體振蕩器分為無(wú)源晶振（Crystal）和有源晶振（Oscillator）兩種類型。4. OPENSDA 接口電路通過OPENSDA接口可以實(shí)現(xiàn)程序下載和調(diào)試功能。163.6 實(shí)踐硬件：KL25-FRDM173.6.1 KL25-FRDM評(píng)估板181.KL25Z128VLK4芯片 ARMCortex-M0+內(nèi)核，頻率8MHZ ，128 KB閃存，16KB SRAM，80LQF

12、P封裝，多種通信接口(參考KL25 Sub-Family Reference Manual.pdf文檔)U3。2. PK20DX128VFM5芯片主要實(shí)現(xiàn)OpenSDA接口功能（參考文檔K20P32M50SF0.pdf ）U6；3 74LVC125AD NXP公司4路3態(tài)緩沖器（參考74LVC125A說明）U4。4.MMA8451Q是frrescale的3相數(shù)字加速度傳感器（參考MMA8451Q.pdf）U7。5.RGB LED接口D3。6.電容觸摸接口。193.7 本章小結(jié)本章內(nèi)容對(duì)于嵌入式初學(xué)者學(xué)習(xí)kinetis L系列控制器提供了基本硬件知識(shí)概貌。（1）介紹Kinetis 全系列MCU，包括子系列特性以及應(yīng)用領(lǐng)