深入剖析CP3CN17可重編程連接處理器

在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域，一款性能卓越、功能豐富的處理器是實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定系統(tǒng)的關(guān)鍵。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（Texas Instruments）的CP3CN17可重編程連接處理器，看看它究竟有哪些獨(dú)特之處。

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一、總體概述

CP3CN17連接處理器是一款高度集成的微計(jì)算機(jī)，它將強(qiáng)大的RISC核心、片上SRAM和閃存、硬件通信外設(shè)以及外部總線集成在一起，具備高計(jì)算帶寬、高I/O帶寬和系統(tǒng)擴(kuò)展性。其片上通信外設(shè)豐富多樣，包括CAN控制器、ACCESS.bus、Microwire/Plus、SPI、UART和高級音頻接口（AAI）等。同時(shí)，還有DMA控制器、CVSD/PCM轉(zhuǎn)換模塊、定時(shí)和看門狗單元、多功能定時(shí)器等片上外設(shè)。此外，德州儀器還為CP3CN17提供了豐富的軟件資源，包括操作系統(tǒng)、外設(shè)驅(qū)動(dòng)、參考設(shè)計(jì)和集成開發(fā)環(huán)境，助力開發(fā)者快速將產(chǎn)品推向市場。

二、主要特性

（一）CPU特性

CP3CN17采用全靜態(tài)RISC處理器核心，可在0 - 24 MHz頻率下運(yùn)行，零等待/保持狀態(tài)。以12 MHz外部輸入為基礎(chǔ)，內(nèi)部時(shí)鐘頻率為24 MHz時(shí)，指令周期時(shí)間最短可達(dá)41.7 ns。它還擁有30個(gè)獨(dú)立向量外設(shè)中斷，能有效處理各種外部事件。

（二）片上內(nèi)存

• 閃存程序內(nèi)存：256K字節(jié)的可重編程閃存程序內(nèi)存，用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，且具備安全特性，可防止意外編程和未經(jīng)授權(quán)的程序代碼訪問。
• 閃存數(shù)據(jù)內(nèi)存：8K字節(jié)的閃存數(shù)據(jù)內(nèi)存，用于非易失性存儲(chǔ)最終用戶輸入的數(shù)據(jù)，如配置設(shè)置。
• 靜態(tài)RAM：10K字節(jié)的靜態(tài)RAM，用于臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、程序棧和中斷棧。讀寫操作可根據(jù)CPU執(zhí)行的指令進(jìn)行字節(jié)或字寬操作。
• 外部內(nèi)存：100引腳封裝的設(shè)備可支持高達(dá)8M字節(jié)的外部內(nèi)存擴(kuò)展。

（三）硬件通信外設(shè)

• CAN接口：完整的CAN接口，具有15個(gè)消息緩沖區(qū)，符合CAN規(guī)范2.0B主動(dòng)模式，適用于高速（最高1Mbits每秒）或低速通信。
• ACCESS.bus：串行總線，與飛利浦I2C總線兼容。
• SPI和Microwire/Plus：支持8/16位串行接口。
• UART：通用異步收發(fā)器，支持多種可編程波特率和數(shù)據(jù)格式。
• AAI：高級音頻接口，可連接外部8/13位PCM編解碼器以及通過IOM - 2接口連接ISDN控制器（僅支持從模式）。
• CVSD/PCM轉(zhuǎn)換器：支持一個(gè)雙向音頻連接。

（四）通用硬件外設(shè)

• 多功能定時(shí)器：雙16位多功能定時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)多種定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。
• 通用定時(shí)器單元（VTU）：包含四個(gè)子系統(tǒng)，可靈活配置工作模式。
• DMA控制器：四通道DMA控制器，可加速數(shù)據(jù)傳輸。
• 定時(shí)和看門狗單元：實(shí)時(shí)定時(shí)器和看門狗單元，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（五）靈活的I/O

• I/O引腳：最多40個(gè)通用I/O引腳，與片上外設(shè)I/O引腳共享。
• 可編程特性：I/O引腳特性可完全編程，支持三態(tài)輸出、推挽輸出、弱上拉輸入和高阻抗輸入，通用輸入還配備施密特觸發(fā)器。
• 多輸入喚醒：支持多輸入喚醒功能，可從低功耗模式中喚醒系統(tǒng)。

（六）電源和時(shí)鐘管理

• 鎖相環(huán)：片上鎖相環(huán)，支持多種時(shí)鐘選項(xiàng)。
• 雙時(shí)鐘和復(fù)位：提供雙時(shí)鐘和復(fù)位功能。
• 低功耗模式：支持多種低功耗模式，包括活動(dòng)模式、節(jié)能模式、空閑模式和暫停模式。

（七）電源供應(yīng)和溫度范圍

• 電源電壓：I/O端口工作電壓為2.5 V - 3.3 V，核心邏輯工作電壓為2.5 V，片上具備上電復(fù)位功能。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，適用于工業(yè)環(huán)境。

（八）封裝形式

提供CSP - 48和LQFP - 100兩種封裝形式，滿足不同應(yīng)用需求。

（九）開發(fā)環(huán)境

德州儀器為CP3CN17提供了完整的開發(fā)環(huán)境，包括預(yù)集成的硬件和軟件支持、集成環(huán)境、項(xiàng)目管理器和多文件C源編輯器，方便開發(fā)者進(jìn)行快速原型設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

三、器件詳細(xì)介紹

（一）CR16C CPU核心

CP3CN17采用CR16C CPU核心模塊，其流水線架構(gòu)和雙字節(jié)/周期流水線系統(tǒng)總線實(shí)現(xiàn)了高性能，CPU可支持每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令的峰值執(zhí)行速率。

（二）內(nèi)存

CP3CN17支持高達(dá)16兆字節(jié)的統(tǒng)一線性地址空間，片上內(nèi)存分為三種類型：閃存程序內(nèi)存、閃存數(shù)據(jù)內(nèi)存和靜態(tài)RAM。外部總線僅在100引腳封裝的設(shè)備上可用，可擴(kuò)展高達(dá)8M字節(jié)的外部內(nèi)存。片內(nèi)會(huì)為閃存程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存編程生成必要的電壓，無需額外電源。

（三）輸入/輸出端口

該器件最多有40個(gè)軟件可配置的I/O引腳，分為五個(gè)8引腳端口。每個(gè)引腳可配置為通用輸入或輸出，也可作為片上外設(shè)模塊的輸入或輸出。I/O引腳特性可完全編程，以滿足不同的應(yīng)用需求。

（四）總線接口單元（BIU）

BIU控制對內(nèi)部/外部內(nèi)存和I/O的訪問，通過一組控制寄存器確定總線訪問的參數(shù)，如內(nèi)存訪問的等待狀態(tài)和保持狀態(tài)。啟動(dòng)時(shí)，配置寄存器設(shè)置為最慢的內(nèi)存訪問模式，為實(shí)現(xiàn)最快的程序執(zhí)行，需要根據(jù)時(shí)鐘頻率和外部設(shè)備類型進(jìn)行適當(dāng)編程。

（五）中斷控制單元（ICU）

ICU接收來自內(nèi)部和外部源的中斷請求，并向CPU生成中斷。定時(shí)器、UART、Microwire/SPI接口和多輸入喚醒等產(chǎn)生的中斷為可屏蔽中斷，可通過軟件啟用或禁用。最高優(yōu)先級的中斷是非屏蔽中斷（NMI），由NMI輸入引腳接收到的信號(hào)觸發(fā)。

（六）多輸入喚醒（MIWU）

MIWU模塊有兩個(gè)用途：一是從暫停、空閑或節(jié)能模式中喚醒系統(tǒng)；二是提供來自外部源的通用邊沿觸發(fā)可屏蔽中斷。該模塊有16個(gè)輸入通道，可根據(jù)接收到的信號(hào)生成四個(gè)可編程中斷到CPU，通道可單獨(dú)啟用或禁用，并可編程響應(yīng)正或負(fù)邊沿。

（七）三重時(shí)鐘和復(fù)位

該模塊從外部晶體網(wǎng)絡(luò)生成高速主系統(tǒng)時(shí)鐘，同時(shí)提供主系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)和上電復(fù)位功能。它還可從可選的外部晶體網(wǎng)絡(luò)生成低速系統(tǒng)時(shí)鐘（32.768 kHz），用于節(jié)能模式操作。此外，還提供兩個(gè)從高速時(shí)鐘分頻得到的獨(dú)立時(shí)鐘輸出。該模塊為CP3CN17的各個(gè)片上模塊提供所需的時(shí)鐘信號(hào)。

（八）電源管理

CP3CN17支持四種電源模式：

• 活動(dòng)模式：設(shè)備使用高頻時(shí)鐘全速運(yùn)行，所有功能完全正常。
• 節(jié)能模式：設(shè)備使用低速時(shí)鐘以降低速度運(yùn)行，CPU和部分模塊可繼續(xù)以低速運(yùn)行。
• 空閑模式：除電源管理模塊和定時(shí)及看門狗模塊外，設(shè)備處于非活動(dòng)狀態(tài)，這兩個(gè)模塊使用低速時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行。
• 暫停模式：設(shè)備處于非活動(dòng)狀態(tài)，但保留其內(nèi)部狀態(tài)（RAM和寄存器內(nèi)容）。

（九）多功能定時(shí)器（MFT）

MFT模塊包含一對16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器寄存器，可配置為以下幾種模式：

• 處理器獨(dú)立脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式：生成指定寬度和占空比的脈沖，提供通用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能。
• 雙輸入捕獲模式：測量外部事件發(fā)生之間的時(shí)間間隔，提供通用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能。
• 雙獨(dú)立定時(shí)器模式：生成系統(tǒng)定時(shí)信號(hào)或計(jì)數(shù)外部事件的發(fā)生次數(shù)。
• 單輸入捕獲和單定時(shí)器模式：提供一個(gè)外部事件計(jì)數(shù)器和一個(gè)系統(tǒng)定時(shí)器。

（十）通用定時(shí)器單元（VTU）

VTU模塊包含四個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)可配置為雙8位PWM、單16位PWM定時(shí)器或帶兩個(gè)輸入捕獲通道的16位計(jì)數(shù)器。每個(gè)子系統(tǒng)都有一個(gè)8位時(shí)鐘預(yù)分頻器，以適應(yīng)廣泛的頻率范圍。

（十一）定時(shí)和看門狗模塊（TWM）

TWM模塊包含實(shí)時(shí)定時(shí)器和看門狗單元。實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)功能可用于生成基于實(shí)時(shí)的周期性系統(tǒng)中斷，定時(shí)器輸出是多輸入喚醒模塊的16個(gè)輸入之一，可用于從節(jié)能模式中喚醒系統(tǒng)?？撮T狗單元用于檢測應(yīng)用程序是否陷入無限循環(huán)，當(dāng)觸發(fā)時(shí)會(huì)重置設(shè)備。TWM由低速系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。

（十二）UART

UART支持多種可編程波特率和數(shù)據(jù)格式、奇偶校驗(yàn)生成和多種錯(cuò)誤檢測方案。波特率由片上軟件控制生成，還可通過多輸入喚醒模塊從節(jié)能模式中喚醒。

（十三）Microwire/SPI

Microwire/SPI接口模塊支持與符合Microwire或串行外設(shè)接口（SPI）規(guī)范的其他設(shè)備進(jìn)行同步串行通信，支持8位和16位數(shù)據(jù)傳輸。該接口可作為主設(shè)備或從設(shè)備運(yùn)行，在主模式下，移位時(shí)鐘由片上軟件控制生成；在從模式下，可通過多輸入喚醒模塊從節(jié)能模式中喚醒。

（十四）CAN接口

CAN模塊包含完整的CAN 2.0B類CAN串行總線接口，適用于需要高速或低速接口以及CAN總線主能力的應(yīng)用。CAN與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸通過15個(gè)內(nèi)存映射消息緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)，可單獨(dú)配置為接收或發(fā)送緩沖區(qū)。消息通過兩個(gè)掩碼進(jìn)行過濾，優(yōu)先級解碼器可設(shè)置任何緩沖區(qū)的最高或最低發(fā)送優(yōu)先級。此外，還提供一個(gè)16位寬的時(shí)間戳計(jì)數(shù)器，支持實(shí)時(shí)應(yīng)用。CAN模塊還具備診斷功能，如回環(huán)、僅監(jiān)聽和錯(cuò)誤識(shí)別，為開發(fā)提供了強(qiáng)大的錯(cuò)誤管理工具。CAN接收器可通過多輸入喚醒模塊從低功耗模式中喚醒系統(tǒng)。

（十五）ACCESS.bus接口

ACCESS.bus接口模塊（ACB）是一個(gè)兩線串行接口，與Intel的系統(tǒng)管理總線（SMBus）和飛利浦的I2C總線兼容。ACB模塊可配置為主設(shè)備或從設(shè)備，可與多個(gè)主設(shè)備和從設(shè)備進(jìn)行雙向通信。ACCESS.bus接收器可通過多輸入喚醒模塊從低功耗模式中喚醒系統(tǒng)。

（十六）DMA控制器

直接內(nèi)存訪問控制器（DMAC）可加速內(nèi)存與I/O設(shè)備之間或兩個(gè)內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用周期竊取方法使CPU和DMAC可并行使用核心總線。DMAC實(shí)現(xiàn)了四個(gè)獨(dú)立的DMA通道，可接收來自主源、次源的DMA請求以及CPU直接發(fā)出的軟件DMA請求。

（十七）高級音頻接口（AAI）

AAI提供與編解碼器和類似串行設(shè)備的串行同步、全雙工接口。發(fā)送和接收路徑可異步操作，每個(gè)路徑使用三個(gè)信號(hào)進(jìn)行通信：移位時(shí)鐘、幀同步和數(shù)據(jù)。接口可處理8位或16位長度的數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)幀最多可包含四個(gè)時(shí)隙。在正常模式下，接口以周期性速率傳輸一個(gè)字；在網(wǎng)絡(luò)模式下，以周期性速率傳輸多個(gè)字。

（十八）CVSD/PCM轉(zhuǎn)換模塊

該模塊執(zhí)行CVSD和PCM數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，其中CVSD編碼符合藍(lán)牙規(guī)范1.0，PCM數(shù)據(jù)可以是8位μ - Law、8位A - Law或13位至16位線性。

（十九）串行調(diào)試接口（SDI）

SDI模塊提供基于JTAG的串行鏈接到外部調(diào)試器，集成了片上調(diào)試模塊，允許用戶在指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸上設(shè)置最多四個(gè)硬件斷點(diǎn)。SDI模塊可作為CPU總線主設(shè)備訪問所有內(nèi)存映射資源，還可通過JTAG接口將程序快速下載到片上閃存程序內(nèi)存中。需要注意的是，SDI模塊可能會(huì)斷言凍結(jié)模式以收集信息，可能導(dǎo)致響應(yīng)（總線可用性、中斷延遲等）出現(xiàn)周期性波動(dòng)。

（二十）開發(fā)支持

德州儀器為CP3CN17提供了豐富的軟件資源和完整的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，包括IAR Embedded Workbench、iSYSTEM winIDEA和iC3000 Active Emulator、開發(fā)板和應(yīng)用程序軟件等，幫助開發(fā)者快速開發(fā)產(chǎn)品。

綜上所述，CP3CN17連接處理器憑借其豐富的功能、高性能和良好的擴(kuò)展性，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中具有很大的優(yōu)勢。各位電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，不妨考慮一下這款處理器，相信它能為你的項(xiàng)目帶來意想不到的效果。你在使用類似處理器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。