Blackfin匯聚式處理器(ADI)

傳統基于微控制器的嵌入式應用常常面臨新的挑戰，一方面控制器的信息處理能力有限，難以滿(mǎn)足大量數據運算任務(wù)的需求，增加DSP協(xié)處理器成為很多方案的不得已選擇。而另一方面，盡管當前DSP處理器通常都具有很強的數據處理能力，然而系統必要的控制功能是DSP所不擅長(cháng)的。越來(lái)越多的系統面臨需要應對多媒體數據處理、大量數據運算、通信協(xié)議處理以及系統控制任務(wù)，正是這樣的現實(shí)促進(jìn)了融合DSP和微控制器特性于一身的匯聚式處理器的應用持續走俏。

ADI公司推出的Blackfin匯聚式處理器是一類(lèi)新型16～32位嵌入式處理器，專(zhuān)為滿(mǎn)足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和功耗約束條件而設計。Blackfin處理器基于由 ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號架構，它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。這種處理特征的組合使得Blackfin處理器能夠在信號處理和控制處理應用中均發(fā)揮優(yōu)勢――在許多場(chǎng)合中免除了增設單獨的異類(lèi)處理器的必要，極大地簡(jiǎn)化了硬件和軟件設計任務(wù)。目前，Blackfin處理器在單內核產(chǎn)品中可提供高達756MHz的性能，還提供了低至0.8V的業(yè)界領(lǐng)先功耗性能。對于滿(mǎn)足當今及未來(lái)的信號處理應用而言，這種高性能與低功耗的組合是必不可少的。此外，就像傳統的MCU一樣，這些匯聚處理器都采用界面友好的操作系統和編譯器。
最新推出的BF51x系列為匯聚式處理器家族帶來(lái)四個(gè)具有顯著(zhù)特色的新成員，其更低的價(jià)格為更多終端產(chǎn)品利用到匯聚式處理器的優(yōu)越性大大降低了成本門(mén)檻，在繼承匯聚式處理器的高性能、低功耗的優(yōu)秀“基因”的同時(shí)，新增加的諸多特性為VoIP、工業(yè)與儀表應用、便攜式產(chǎn)品帶來(lái)更大設計便利性。

更低的價(jià)格+融合多項新特性
盡管高性?xún)r(jià)比一直是匯聚式處理器的賣(mài)點(diǎn)之一，但在一些成本敏感的產(chǎn)品應用中，設計師在選擇匯聚式處理器時(shí)仍不可避免有成本的壓力，而B(niǎo)F51x的推出大大降低了匯聚式處理器的應用入門(mén)門(mén)檻，與之前的最低價(jià)格的Blackfin處理器相比價(jià)格下降近30%，最低為4.95美元（2萬(wàn)5千片訂量報價(jià)），作為一款高性能匯聚式處理器，這個(gè)價(jià)格對于很多終端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)企業(yè)來(lái)說(shuō)已經(jīng)具有極大的吸引力。

*具體的價(jià)格取決于處理器速度、可選堆疊閃存以及封裝，所有價(jià)格均是25000訂量的報價(jià)。
表一：BF51x系列處理器的價(jià)格及主要的外設。

Blackfin處理器一直堅持產(chǎn)品的高性?xún)r(jià)比，而B(niǎo)F51x再一次建立了新的高性?xún)r(jià)比標桿。BF51x的低價(jià)格并沒(méi)有以犧牲性能為代價(jià)，相反增加了很多的新特性，包括：在400MHz Blackfin內核集成116KB的SRAM存儲器、512KB的SPI FLASH存儲器，以太網(wǎng)MAC（IEEE-1588），帶3相PWM輸出的PWM單元，SDIO / CE-ATA和8KB的OTP存儲器。其中，BF518是首款支持IEEE-1588-2008標準的低成本處理器（IEEE-1588-2008是IEEE-1588的最新標準，提供網(wǎng)絡(luò )測量與控制系統用精密時(shí)鐘同步的協(xié)議）。

除了上面的新增特性外，BF51x集成特性還包括：支持16個(gè)立體聲I2S數字音頻通道、12個(gè)外設DMA通道，還提供了內置的高級存儲控制器，用于實(shí)現與多組外部SDRAM、SRAM、FLASH或ROM的無(wú)縫連接，每個(gè)處理器包括兩個(gè)雙通道同步串行通信端口（SPORT）、一個(gè)高速并行外設接口（PPI）、 一個(gè)I2C兼容雙線(xiàn)接口（TWI）、兩個(gè)PC兼容的UART，以及兩個(gè)SPI兼容的串行外設接口端口。

圖1：BF51x應用于電機驅動(dòng)的原理框圖。

BF51x同樣集成了在Blackfin家族中廣泛采用的Lockbox安全技術(shù)?；贠TP存儲器的Lockbox技術(shù)能幫助解決方案提供商和制造商保護他們自己的知識產(chǎn)權，如驅動(dòng)程序、操作系統和用戶(hù)接口等，并為個(gè)人數據保護和設備認證提供了支持。通過(guò)在開(kāi)始時(shí)就進(jìn)行安全性設計，可以得到更強大的保護，同時(shí)使用硬件和軟件來(lái)保證包括密鑰、代碼和數據等安全資源的保密性和完整性。通過(guò)Blackfin的Lockbox安全技術(shù)，解決方案開(kāi)發(fā)商可選擇采用標準算法來(lái)認證數字簽名和使用一個(gè)安全的運行代碼和保護資源的處理環(huán)境，對安全區域的進(jìn)入由硬件監控。而且，借助Lockbox安全技術(shù)，開(kāi)發(fā)商可以在每個(gè)Blackfin處理器上使用獨有的芯片ID來(lái)獨一無(wú)二地鑒別每一個(gè)設備。

樹(shù)立新的低功耗標桿
匯聚式架構是Blackfin處理器的低功耗“基因”，與分立處理器與器件的組合方案相比，集成適當外設的單一匯聚處理器能夠實(shí)現更低的功耗。此外，ADI公司在八年前發(fā)布首款Blackfin處理器時(shí)就實(shí)現了動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）應用，自問(wèn)世以來(lái)，Blackfin器件始終具備最大的電源效率。BF51x待機模式功耗低于1mW，這四款全新的Blackfin處理器可提供8.5MMACs/mW（100 MHz）的單位功耗性能，器件具有動(dòng)態(tài)電源管理功能，使開(kāi)發(fā)人員能實(shí)現程序執行期間處理器功耗與處理需求的匹配。而更具優(yōu)化特性的外設集成為特定應用選用匯聚式處理器提供了更具針對性的選擇，而不用為非必要功能特性而增加系統功耗。

Blackfin處理器的強大處理能力是低功耗的重要保障。對于很多應用來(lái)說(shuō)，BF51x處理器400MHz的性能完全能滿(mǎn)足基本功能的開(kāi)發(fā)，并有足夠的裕量進(jìn)行功能擴展，而無(wú)需采用額外的協(xié)處理器或增加其它硬件，從而確保實(shí)現整體方案的更低功耗。以VoIP為例，在實(shí)現基本的VoIP電話(huà)功能之外，開(kāi)發(fā)商可以增加更多的通道、實(shí)現IP傳真功能，等等。

為了達到最大的電源效率，同時(shí)以低功耗實(shí)現最高性能，Blackfin處理器采用了各種高級設計技術(shù)，包括：可編程電壓與頻率調節、時(shí)鐘周期分辨率動(dòng)態(tài)時(shí)鐘門(mén)控、支持深度睡眠與休眠模式的多電源域、可實(shí)現總線(xiàn)激活能量最小化的高代碼密度、用于實(shí)現最佳性能與電源效率的混合閾值電壓晶體管、實(shí)現最大電源效率的完全定制的處理器內核，以及支持mSDRAM以實(shí)現最小板級功耗。這些高級設計技術(shù)為BF51x處理器提供了低功耗技術(shù)基礎。

圖2：兩種內核的工作電壓、工作頻率及功耗比較。

多種應用的理想之選
BF51x是Blackfin處理器系列產(chǎn)品中新的低成本切入點(diǎn)。該系列的產(chǎn)品實(shí)現了性能、外設集成度與價(jià)格的均衡，非常適合對成本敏感的應用，包括便攜式測試設備、VoIP、工業(yè)及儀表設備。

功能豐富的BF51x為VoIP提供了優(yōu)化的低成本產(chǎn)品平臺，加快客戶(hù)開(kāi)發(fā)VoIP產(chǎn)品，并能滿(mǎn)足不同的市場(chǎng)需求：10/100 eMAC特性有助于產(chǎn)品實(shí)現低的BOM成本；高達400MHz的強大處理器性能可以滿(mǎn)足產(chǎn)品功能擴展需求，在不改變硬件條件增加多個(gè)通道和擴展特性（如IP傳真）；可以直接利用Global IP Solutions公司面向Blackfin處理器提供的VoIP軟件包VoiceEngine來(lái)加速產(chǎn)品設計, GIPS VoiceEngine媒體處理功能可滿(mǎn)足VoIP設備制造商最嚴格的需求；單一架構的BF51x處理器能夠在統一的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中更快速的進(jìn)行系統調試與部屬，節省系統整體成本；可提供在uClinux操作系統上運行的VoIP參考平臺。

BF514、BF516與 BF518均內置片上可移動(dòng)存儲接口，將匯聚處理器系列產(chǎn)品進(jìn)一步擴展至便攜式應用領(lǐng)域。這三款器件都具有：安全數字輸入輸出（SDIO）接口，用于與標準閃存以及Wi-Fi卡進(jìn)行連接；功率優(yōu)化的CE-ATA存儲接口，用于小型手持式與消費類(lèi)電子應用；嵌入式多媒體卡（eMMC）接口，用于在各種消費類(lèi)電子、無(wú)線(xiàn)、導航設備集成大容量閃存。

對于工業(yè)控制和測試測量應用來(lái)說(shuō)，以太網(wǎng) (IEEE1588和802.3) /無(wú)線(xiàn)連接實(shí)現易用性、針對高品質(zhì)測量的簡(jiǎn)單連接、系統的可編程靈活性、從8/16向32位解決方案轉移已經(jīng)成為一種必然的趨勢。BF51x集成的多種特性正是響應這種發(fā)展趨勢，為工程師的設計帶來(lái)更多便利性和可用資源：BF516 中增加的具有媒體獨立接口（MII）與簡(jiǎn)化媒體獨立接口（RMII）的以太網(wǎng)10/100 MAC；IEEE1588 eMAC用于以太網(wǎng)精密時(shí)鐘同步和網(wǎng)絡(luò )連接；用于交流感應電機或永磁同步電動(dòng)機控制的三相PWM波形發(fā)生器，以及用于旋轉編碼器的正交接口。

此外，在電力設備、嵌入式調制解調器、生物測量和電機控制等應用中，BF51x同樣具有優(yōu)勢。以電力二次設備設計為例，尤其是中低壓設備中，由于BF51x有著(zhù)豐富的接口和優(yōu)秀的處理控制能力，可以實(shí)現單片解決方案，從而節省設備成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。

在選擇核心硬件平臺的處理器時(shí)，可用的設計資源(包括開(kāi)發(fā)工具和軟件庫資源)同樣是重要考慮因素，因為這將決定產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)難度和上市速度。BF51x可以使用Blackfin處理器系列產(chǎn)品提供的業(yè)界領(lǐng)先的工具、入門(mén)套件的支持，包括ADI CROSSCORE®軟件與硬件工具與VisualDSP++®集成開(kāi)發(fā)與調試環(huán)境（IDDE）、仿真器，以及EZ-KIT Lite®評估硬件。此外，大量像VoiceEngine這樣的由ADI公司第三方合作伙伴提供的軟件模塊，以及ADI公司自身開(kāi)發(fā)的軟件庫資源，都可以有效地幫助客戶(hù)利用BF51x處理器低成本、高效率地推出產(chǎn)品設計。