XMC4000中文参考手册-第01章 XMC4500简介

文章描述:-2022年4月14日发(作者:熊黛林)XMC4500XMC4000家族简介1简介XMC4500系列属于工业微控制器XMC4000家族,该系列以ARMCortex-M4核心处理器为基础。优化的XMC4000系列器件用于电机控制、功率变换、工业连接和检测及控制应用。如今高效节能的嵌入式控制应用变得更加复杂,需要微处理器具有DSP(数字信号处理)特性和FPU(浮点运算单元)能力的更高性能的CPU内核,

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XMC4000中文参考手册-第01章 XMC4500简介
2022年4月14日发
(作者:熊黛林)

XMC4500

XMC4000家族

简介

1简介

XMC4500系列属于工业微控制器XMC4000家族,该系列以ARMCortex-M4核心处理器为基

础。优化的XMC4000系列器件用于电机控制、功率变换、工业连接和检测及控制应用。

如今高效节能的嵌入式控制应用变得更加复杂,需要微处理器具有DSP(数字信号处理)特性

和FPU(浮点运算单元)能力的更高性能的CPU内核,以及对集成外设的性能进行优化的解

决方案。XMC4500微控制器系列利用了英飞凌公司在微控制器设计领域数十年的经验,同时

辅以可以缩短产品生产时间,提高生产效率的环境,提出了一种优化的设计方案,足以应对如

今嵌入式控制应用对性能的挑战。

1.1概述

XMC4500系列器件结合了ARMCortex-M4内核的扩展功能和性能以及功能强大的片上外设子

系统和片上存储单元。以下是XMC4500系列器件的主要特点:

CPU子系统

CPU内核

−高性能的32位ARMCortex-M4CPU

−16位和32位Thumb2指令集

−DSP/MAC指令

−用于支持操作系统的系统定时器(SysTick)

浮点单元

储存器保护单元

嵌套向量中断控制器

两个多达12通道的通用DMA

用于内部与外部的服务请求可编程处理的事件请求单元(ERU)

用于多比特错误检测的灵活的CRC引擎(FCE)

片上存储器

16KB片上启动ROM

64KB片上高速程序存储器

64KB片上高速数据存储器

32KB片上高速通信

带有4KB指令缓存的1024KB片上闪存

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1-1V1.2,2012-12

体系结构概述,V1.1请遵守产品信息使用协议

XMC4500

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简介

通信外设

以太网MAC模块,能够容纳10/100MB/s的传输速率

通用串行总线,USB2.0主机,全速OTG,带有集成PHY

控制器局域网接口(MultiCA),具有三节,64个消息对象,数据速率最高可达1MB/s

的Full-CA/Basic-CA

6个通用串行接口通道(USIC),可用作通用异步收发传输器(UART),双线与四线串

行外设接口(SPI),IIC,IIS与LI接口

用于人机交互的LED灯和触摸感应控制器(LEDTS)

用于储存数据的SD和多媒体卡接口(SDMMC)

外部总线接口单元(EBU)启用与外部储存设备以及片外外设通信,如SRAM,SDRAM,

OR,AD和突发模式闪存。

模拟前端外设

四个12位分辨率的模数转换器(VADC),可组成8个通道,且每个通道具有一个用于过

压检测的输入超限比较器

四通道DeltaSigma解调器,用于模数(A/D)信号转换的数字信号输入部分

双通道12位分辨率的数模转换器(DAC)

工业控制外设

用作通用定时器的四个捕获/比较单元4(CCU4)

用于功率变换及电机控制的两个捕获/比较单元8(CCU8)

用于霍尔元件,正交编码器和电机定位的2个位置接口(POSIF)

用于安全敏感应用程序的窗口看门狗定时器(WDT)

模温度传感器(DTS)

支持报警的实时时钟模块

用于系统配置与控制的系统控制单元(SCU)

可编程的端口驱动控制模块(PORTS)

独立寻址位

三状态输入模式

推挽或漏极开路输出模式

支持通过JTAG接口进行边界扫描测试

输入/输出线

片上调试

全面支持调试功能:8个断点,CoreSight,跟踪

多种接口:ARM-JTAG,SWD,单线跟踪

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1-2V1.2,2012-12

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封装

PG-LQFP-144

PG-LQFP-100

PG-LFBGA-144

注意:如果需要更多详细特定衍生的可用封装信息,请查询数据表。

如果需要对于组件支持和通用封装的可用分配选项的更多信息

,

请登陆

/packages

1.1.1方框图

下面的图表展示了功能模块和它们在XMC4500系统中的基本连接关系。

®TM

数据代码

图1-1XMC4500系统

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1-3V1.2,2012-12

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1.2CPU子系统

XMC4500系统内核由CPU(包括FPU与MPU)和储存接口模块组成,后者用于程序和数据

储存(包括PMU)。

中央处理器(CPU)

Cortex-M4处理器是建立在高性能的处理器核心上,同时具有流水线式哈佛结构,这使其

成为需要嵌入式应用时的理想选择。处理器通过一种高效的指令集,以及对于能量效率控制应

用的优化设计,达到了优异的功率效率。为了满足日益复杂的嵌入式控制需求,它也包括了符

合IEEE754的单精度浮点的运算,一系列单周期/SIMD乘法,乘法与乘加计算能力,饱和算

法和专用的硬件除法功能。

为了使成本敏感的设备的设计更方便,Cortex-M4处理器使用了紧耦合系统部分,减少了处理

器面积,并且显著的提升了中断处理和系统调试的能力。

为了确保有很高的代码密度,并减少程序对储存的需求,处理器还实现了基于Thumb-2技术

的Thumb®指令系统的一个版本。该指令集提供了现代32位体系结构应有的优异性能,并且

具有比8位和16位微处理器更高的代码密度。

浮点单元(FPU)

浮点单元(FPU)提供了对于单精度32位浮点值的符合IEEE754标准的计算。

储存保护单元(MPU)

储存保护单元(MPU)定义了不同储存区的储存属性,使得系统的可靠性得到提升。它提供了

细粒度存储控制,启用应用程序在逐个任务中使用多个特权级别,分离并保护代码,数据和堆

栈。支持多达8个不同区域,以及一个可选的预定义背景区。这些特点变的越来越关键,以支

持许多嵌入式应用的安全要求。

可编程多优先级中断系统(VIC)

XMC4500使用了有112个中断节点和64个优先级的ARMVIC。大部分中断源与专用的中

断节点相连。此外,XMC4500允许路由服务请求直接传至专用单元,如DMA,定时器,ADC。

在有些情况下,多源中断节点合并起来以能够更高效的使用系统资源。这些节点可以通过不同

中断源请求激活,并且通过中断子节点控制寄存器控制。

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1-4V1.2,2012-12

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直接存储器存取(GPDMA)

GPDMA是一种高配置的DMA控制器,它允许外设与存储器之间进行高速数据传输。处理器

在最小干预的情况下能够实现复杂的数据传输,同时保持CPU资源不受约束的完成其他操作。

并能够提供多个模块、分散/聚集和链表传输。

灵活的CRC引擎(FCE)

FCE提供了一种并联实现的循环冗余校验码(CRC)算法。它使用了IEEE802.3CRC32

CCITTCRC16和SAEJ1850CRC8多项式。FCE

的主要目标是用作为软件应用的硬件加速

引擎或者是操作系统所使用CRC签名。

1.3片上存储器

片上存储器提供了零等待状态代码和数据的存取。同时存储器也可以由不同的系统主控进行存

取。

片上可使用不同种类的专用存储器。在大多数典型应用情况下,建议使用存储器来提高性能和

系统稳定性。不过用户能以任何其他方式灵活的使用存储器,以便满足应用程序的特定需求。

为了满足需要更多的外设的应用需求,外部总线单元(EBU)还提供了不同类型外部存储器可

选连接的实现手段。

启动ROM(BROM)

启动ROM包括了启动代码和异常向量表。系统基本初始化的序列码,也被称为固件,在复位

释放后立即执行。

闪存

闪存用于非易失性代码或常量数据储存。在生产线末端和应用中通过内置擦除和程序命令,单

电源闪存模块是可以进行编程的。闪存同时提供了读和写保护机制。硬件错误校正确保了在其

寿命内,以及恶劣的工业环境和温度下,数据具有连贯性。

在代码执行中,与无缓存的执行相比,集成缓存所能提供的平均性能加权因子为3。

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1-5V1.2,2012-12

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代码RAM(PSRAM)

代码RAM用于用户代码或操作系统的数据储存。存储器可以通过总线矩阵访问,也能提供零

等待状态访问,在CPU中用于代码执行或数据存取。

系统RAM(DSRAM1)

系统RAM用于一般用户数据储存。系统RAM通过总线矩阵访问,也能提供零等待状态访问

数据。

通讯RAM(DSRAM2)

通讯RAM通过通讯接口单元使用,如USB和以太网模块。

1.4通讯外设

在如今的工业系统中,通讯功能是一种关键需求。XMC4500提供了一套外设,支持先进的通

讯协议。除了以太网,USB,CA和USIC,XMC4500还提供了与不同储存器连接的接口以

及一个可以通过LED和触摸感应实现人机交互单元。

LED和触摸感应(LEDTS)

在人机交互接口(HMI)应用中,LEDTS模块驱动LED灯,同时控制触摸板。通过使用张弛

振荡(RO)拓扑,LEDTS可以测量高达8个触摸板的电容。这个模块在一个LED矩阵中可

驱动的LED多达64个。触摸板和LED共用引脚,以缩减需要的引脚总数。

SD/MMC接口(SDMMC)

安全数字/多媒体卡接口(SDMMC)提供了系统总线和SD/SDIO/MMC卡连接的接口。它支持

SD,SDIO,SDHC和MMC卡,并且可以在高达48MHz下操作。SDMMC模块所能提供的

最大传输速度,对于SD卡是24MB/s,对于MMC卡是48MB/s。

SDMMC主控制器在传输等级,数据封装,添加循环冗余校验(CRC),开始/结束位处理

SDIO/SD协议,同时检查传送格式的正确性。SDMMC接口常用的应用包括储存器扩展,数据

记录以及固件升级。

外部总线单元

EBU支持对异步和同步外部储存器的访问:

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1-6V1.2,2012-12

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XMC4500

XMC4000家族

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ROM,EPROM

OR和AD闪存器件

静态RAM和PSRAM

PC133/100兼容SDRAM

突发模式FLASH

以太网MAC(ETH)

以太网MAC(ETH)是一种主要的通信外设,在符合IEEE802.3-2002标准下,它能够支持

10/100M位/秒的数据传输速率。ETH能够使用IPv4和IPv6以执行网络连接应用。ETH还包

括了对IEEE1588时间同步的支持,同时允许实时以太网协议的实现。

通用串行总线(USB)

USB模块是一种双重角装置(DRD)控制器,支持设备和主机功能,并且完全符合On-

The-Go对USB2.0规范的补充,修订为1.3。它也能够作为主机模式控制器或设备模式控制器

进行配置,并完全符合USB2.0规范。

USB核心的USB2.0配置支持全速(12M位/秒)传输。

USB核心为以下应用和系统进行了优化:

便携式电子设备

点对点应用(与FS设备直接连接)

通用串行接口通道(USIC)

USIC是一种灵活的接口模块,涵盖了几种串行通信协议,如ASC,LI,SSC,12C,12S。

一个USIC模块包括两个独立的通讯通道。如果使用3个USIC模块,就可以并联使用6个通

道。在实时性要求不高条件下,FIFO允许进行传输和结果缓冲。在同一个通道中,多个片选

信号可以用于多个设备之间的通信。

控制器区域网络(CA)

MultiCA模块包含了3个独立操作的CA节点,同时拥有全CA功能,通过网关功能能够

实现交换数据和远程帧的功能。根据CA规范V2.0B(主动)可以处理CA帧的发送和接收。

每一个CA节点可以接受和发送11位标识符标准帧,以及29位标识符的扩展帧。传送速率

高达1M位/秒。

所有的CA节点共用一套消息对象。每一个消息对象可以单独分配给一个CA节点。除了作

为储存容器储存传入帧和传出帧,消息对象也能用于结合构建CA节点的网关或建立一个

FIFO缓冲器。

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1.5模拟前端外设

XMC4500主机拥有大量连接到模拟侧的接口。

模数转换器(VADC)

多功能模数转换器模块由四个独立内核组构成,内核组根据逐次逼近原则(SAR)工作。通过

编程控制,分辨率在8位到12位之间,总的转换时间小于500ns@12位。

每一组提供一个多功能状态机,允许复杂的测量序列。在此背景下内核组可以同步和完成转换。

多触发事件可以按优先顺序区分,并且允许关键时间信号的精确测量。对结果的缓冲和处理可

以避免数据的丢失,同时确保连续性。自检机制可以用于合理性检测。

基本结构支持一种简洁的软件架构,在此种架构下任务只读取有效的结果,并且不需要担心启

动转换。

一些片上超限比较器用于对VADC(模数转换器)的模拟输入引脚的过压监测。

Delta-Sigma解调器(DSD)

Delta-Sigma解调器模块允许直接使用外部Delta-Sigma解调器,用于测量模拟信号。四个输

入通道将输入比特流转换为离散值。每一个解调器通道有2个可编程的数字滤波链

(SIC/COMB型)。快速滤波器可以用于极限检查,较慢的滤波器可以用于信号测量。积分

器级支持载波频率对消。一个特殊的机构可以补偿两通道之间的相位延迟。内置图形发生器生

成了数字化的正弦比特流,这可以在电机位置应用中用于旋转变压器线圈的励磁。

数模转换器(DAC)

这个模块由两个单独的12位数模转换(DAC)器组成。在最大转换率为5Mhz情况下,它将

两个数字输入信号转变为两个模拟电压信号输出。

内置波形发生器模式允许独立产生设置好的可选波形。此外,数值可以通过CPU或DMA直接

送给一个或两个DAC通道。还可以增加偏置,以及扩展幅度。几种定时触发源均可以使用。

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1-8V1.2,2012-12

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1.6工业控制外设

运动和电机控制,功率变换以及其他基于时间应用所需要的核心部件。

捕获/比较单元4(CCU4)

CCU4外设是系统的一个主要部件,需要通用定时器来进行信号监控/调节和产生脉宽调制

(PWM)信号。通过CCU4外设的内部功能,电力电子控制系统如开关模式电源或不间断电

源能够很容易地实现。

为了实现代码快速开发和应用间的可移植性,CCU4的内部模块化转变为对用户友好的软件系

统。

捕获/比较单元8(CCU8)

在需要产生复杂的脉宽调制(PWM

)信号,同时有互补高端和低端开关,多相控制或输出奇

偶校验的应用中,

CCU8外设有着重要的作用。优化的CCU8可用于先进电机控制,多相和多

电平电力电子系统。

为了实现代码快速开发和应用间的可移植性,CCU8的内部模块化转变为对用户友好的软件系

统。

位置接口单元(POSIF)

POSIF单元是一个灵活并且功能强大的部件,用于使用旋转编码器和霍尔传感器作为反馈环的

电机控制系统。模块的配置方案的目标是满足大量电机控制应用的需求。

这些能够构建简单和复杂的控制反馈环,用于工业和汽车电动机应用,实现高性能运动和位置

检测目标。

1.7片上调试支持

基于ARMCoreSight的片上调试支持系统提供了XMC4500中内建的一个宽范围的调试和仿真

特性。因此,用户软件可以在目标系统环境下进行调试。

片上调试支持系统由外部调试设备通过调试接口和一个可选的断点接口控制。调试器通过一组

专用寄存器控制片上调试支持系统,这组专用寄存器可以通过调试接口访问。

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1-9V1.2,2012-12

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此外,片上调试支持系统能由CPU控制,如监控程序。

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1-10V1.2,2012-12

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XMC4000中文参考手册-第01章 XMC4500简介

发布时间:2022-04-14 10:12:50
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