TMS570LS31x4/21x4微控制器：高安全標(biāo)準(zhǔn)下的強(qiáng)大之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，對于高性能且適用于安全關(guān)鍵應(yīng)用的微控制器的需求與日俱增。德州儀器（TI）的TMS570LS31x4/21x4系列微控制器憑借其豐富的特性和出色的性能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入探討這款微控制器的詳細(xì)信息。

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一、器件概述

（一）核心特性

TMS570LS31x4/21x4是專為安全系統(tǒng)設(shè)計的高性能汽車級微控制器家族。其安全架構(gòu)堪稱亮點(diǎn)，雙CPU鎖步運(yùn)行，配合CPU和內(nèi)存的內(nèi)置自測試（BIST）邏輯，以及閃存和數(shù)據(jù)SRAM上的單比特錯誤糾正和雙比特錯誤檢測（ECC），還有外設(shè)內(nèi)存的奇偶校驗(yàn)和外設(shè)I/O的回環(huán)功能，為系統(tǒng)安全提供了多重保障。

它集成了ARM Cortex - R4F浮點(diǎn)CPU，高效的1.66 DMIPS/MHz運(yùn)算能力，最高可達(dá)180 MHz的運(yùn)行頻率，能提供高達(dá)298 DMIPS的處理性能。不同型號在內(nèi)存配置上有所差異，TMS570LS3134擁有3MB集成閃存和256KB數(shù)據(jù)RAM，TMS570LS2134有2MB集成閃存和256KB數(shù)據(jù)RAM，TMS570LS2124則是2MB集成閃存和192KB數(shù)據(jù)RAM。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

該系列微控制器的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涵蓋了制動系統(tǒng)（防抱死制動系統(tǒng)和電子穩(wěn)定控制）、電動助力轉(zhuǎn)向、混合動力和電動汽車逆變器系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、主動駕駛輔助系統(tǒng)等汽車相關(guān)領(lǐng)域，同時在航空航天、鐵路通信和越野車輛等行業(yè)也能大顯身手。

二、功能模塊剖析

（一）定時器與ADC

1. Next Generation High - End Timer（N2HET）

N2HET是一款先進(jìn)的智能定時器，采用簡化指令集，通過專門的定時器微機(jī)器和附加的I/O端口進(jìn)行軟件控制。它可用于脈沖寬度調(diào)制輸出、捕獲或比較輸入，或者作為通用I/O。特別適用于需要多傳感器信息和復(fù)雜精確時間脈沖驅(qū)動執(zhí)行器的應(yīng)用場景。每個N2HET還配備了一個High - End Timer Transfer Unit（HTU），可執(zhí)行類似DMA的事務(wù)，將N2HET數(shù)據(jù)與主內(nèi)存進(jìn)行高效傳輸，并且HTU內(nèi)置了Memory Protection Unit（MPU），增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

2. 12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

器件擁有兩個12位多緩沖ADC模塊，ADC1有24個通道，ADC2有16個通道且與ADC1共享部分通道，每個模塊還有64字的奇偶保護(hù)緩沖RAM。ADC通道可以單獨(dú)轉(zhuǎn)換，也能通過軟件分組進(jìn)行順序轉(zhuǎn)換。在10位模式下，還能兼容舊設(shè)備或?qū)崿F(xiàn)更快的轉(zhuǎn)換時間。

（二）通信接口

1. CAN控制器

三個CAN控制器（DCANs）支持CAN 2.0（A和B）協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，采用串行多主通信協(xié)議，能在嘈雜惡劣的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高達(dá)1 Mbps的可靠通信，非常適合汽車網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)現(xiàn)場總線等應(yīng)用。每個DCAN有64個郵箱，每個郵箱都有奇偶保護(hù)。

2. 其他接口

除了CAN，還具備標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口（SCI）、本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）接口控制器、I2C模塊、多個多緩沖串行外設(shè)接口（MibSPIs）和標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口（SPIs）等，滿足了多樣化的通信需求。

（三）內(nèi)存管理

1. 內(nèi)部內(nèi)存

閃存和SRAM都有ECC保護(hù)，閃存采用64位寬數(shù)據(jù)總線接口，在流水線模式下，系統(tǒng)時鐘頻率最高可達(dá)180 MHz。SRAM支持單周期的字節(jié)、半字、字和雙字模式的讀寫訪問。

2. 外部內(nèi)存接口（EMIF）

EMIF提供片外擴(kuò)展能力，可連接同步DRAM（SDRAM）設(shè)備、異步內(nèi)存、外設(shè)或FPGA設(shè)備，具有3個可尋址的異步內(nèi)存片選（每個最大16MB）和1個可尋址的SDRAM片選（最大128MB），還支持8或16位數(shù)據(jù)總線寬度，可通過編程設(shè)置周期時序。

（四）中斷與DMA

1. 向量中斷管理器（VIM）

VIM支持96個中斷通道，提供可編程優(yōu)先級和使能功能，具備直接硬件調(diào)度機(jī)制，還有兩種軟件調(diào)度機(jī)制（索引中斷和寄存器向量中斷），向量中斷表采用奇偶保護(hù)。

2. DMA控制器

DMA控制器有16個通道和32個外設(shè)請求，其內(nèi)存采用奇偶保護(hù)。它能獨(dú)立于CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，支持多種數(shù)據(jù)寬度的事務(wù)，具備通道鏈接能力和多種尋址模式，還支持自動初始化和電源管理模式，并且有四個可配置的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行內(nèi)存保護(hù)。

三、電氣與系統(tǒng)規(guī)格

（一）電源與電壓

1. 電源域

器件的核心邏輯分為多個電源域，共8個核心電源域，其中PD1為“始終開啟”電源域，其他電源域可根據(jù)應(yīng)用需求在設(shè)備初始化時開啟或關(guān)閉。

2. 電壓監(jiān)測

電壓監(jiān)測器主要監(jiān)測核心電源（VCC）和I/O電源（VCCIO），生成Power Good MCU信號（PGMCU）和I/Os Power Good IO信號（PGIO），在電源升降過程中，能隔離核心邏輯和I/O控制，允許核心和I/O電源以任意順序升降。當(dāng)檢測到I/O電源低電壓時，會觸發(fā)上電復(fù)位；檢測到核心電源電壓超出范圍時，會使所有輸出引腳呈高阻態(tài)并觸發(fā)上電復(fù)位。

（二）時鐘系統(tǒng)

1. 時鐘源

設(shè)備提供多種時鐘源，包括主振蕩器（OSCIN）、PLL輸出、外部時鐘輸入和內(nèi)部參考振蕩器的高低頻輸出等。每個時鐘源可通過系統(tǒng)模塊的CSDISx寄存器進(jìn)行啟用或禁用。

2. 時鐘域

不同的時鐘域?yàn)椴煌哪K提供時鐘信號，如HCLK用于系統(tǒng)模塊，GCLK用于CPU，VCLK用于外設(shè)等。時鐘域的時鐘源可通過相應(yīng)的系統(tǒng)模塊控制寄存器進(jìn)行選擇。

（三）調(diào)試與安全

1. 調(diào)試子系統(tǒng)

包含嵌入式跟蹤宏單元（ETM - R4）、RAM跟蹤端口（RTP）和數(shù)據(jù)修改模塊（DMM）等調(diào)試組件，可實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)跟蹤、RAM和外設(shè)訪問的高速跟蹤以及外部數(shù)據(jù)寫入設(shè)備內(nèi)存等功能。

2. 安全模塊

Error Signaling Module（ESM）管理設(shè)備的各種錯誤條件，根據(jù)錯誤的嚴(yán)重程度進(jìn)行處理，嚴(yán)重錯誤可配置為驅(qū)動nERROR引腳輸出低電平，作為外部監(jiān)測電路將系統(tǒng)置于安全狀態(tài)的指示。

四、開發(fā)支持與封裝信息

（一）開發(fā)工具

TI為TMS570LSxRM48Lx系列MCU提供了豐富的開發(fā)工具，包括Code Composer Studio?（CCS）集成開發(fā)環(huán)境、C/C++編譯器、匯編器/鏈接器、FPU優(yōu)化庫等軟件開發(fā)工具，以及開發(fā)和評估板、JTAG模擬器和閃存編程工具等硬件開發(fā)工具。

（二）封裝形式

該系列微控制器有144引腳的LQFP（PGE）封裝和337球的BGA（ZWT）封裝可供選擇，滿足不同的應(yīng)用需求和設(shè)計布局。

五、總結(jié)與思考

TMS570LS31x4/21x4系列微控制器憑借其強(qiáng)大的處理性能、豐富的外設(shè)資源和完善的安全機(jī)制，為安全關(guān)鍵應(yīng)用提供了一個理想的解決方案。在實(shí)際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理配置各功能模塊，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。同時，要注意電壓監(jiān)測、時鐘配置和內(nèi)存訪問等方面的細(xì)節(jié)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用這款微控制器的過程中，有沒有遇到過一些獨(dú)特的問題或者有什么創(chuàng)新的應(yīng)用思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。