STR91xF ARM966E - S? 16/32 - Bit Flash MCU 深度解析

作為一名電子工程師，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇合適的微控制器（MCU）至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下 ST 公司的 STR91xF 系列 MCU，看看它有哪些獨(dú)特的特性和優(yōu)勢(shì)。

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一、產(chǎn)品概述

STR91xF 是一系列由 ARM 提供動(dòng)力的微控制器，它結(jié)合了 16/32 位 ARM966E - S RISC 處理器核心、雙組閃存、大容量 SRAM 以及豐富的外設(shè)，是各種應(yīng)用的理想嵌入式控制器，如銷(xiāo)售點(diǎn)終端、工業(yè)自動(dòng)化、安全監(jiān)控、自動(dòng)售貨機(jī)、通信網(wǎng)關(guān)、串行協(xié)議轉(zhuǎn)換和醫(yī)療設(shè)備等。ARM966E - S 核心能夠執(zhí)行單周期 DSP 指令，非常適合語(yǔ)音處理、音頻算法和低端成像應(yīng)用。

二、功能特性

1. ARM966E - S CPU 核心

ARM966E - S 核心采用哈佛架構(gòu)，具有獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)內(nèi)存接口，允許 CPU 通過(guò)兩個(gè)緊密耦合的內(nèi)存（TCM）接口同時(shí)獲取指令和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。5 級(jí)流水線的設(shè)計(jì)增加了操作并行性，顯著提高了每個(gè)時(shí)鐘周期的性能。該核心支持 10 種 DSP 增強(qiáng)指令擴(kuò)展，包括 32x16 乘法累加、飽和加減和前導(dǎo)零計(jì)數(shù)的單周期執(zhí)行。此外，它與 32 位 ARM7 代碼和 16 位 Thumb? 代碼二進(jìn)制兼容。

2. 突發(fā)閃存內(nèi)存接口

在 ARM966E - S 核心的指令 TCM（I - TCM）路徑中集成了突發(fā)閃存內(nèi)存接口，同時(shí)還有 4 指令預(yù)取隊(duì)列（PFQ）和 4 項(xiàng)分支緩存（BC）。這使得 ARM966E - S 核心能夠直接從閃存內(nèi)存執(zhí)行代碼，實(shí)現(xiàn)高達(dá) 96 MIPS 的性能，而無(wú)需昂貴的指令 SRAM、指令緩存或外部 SDRAM。消除指令緩存還減少了中斷延遲，使代碼執(zhí)行更具確定性。

3. SRAM

32 位寬的 SRAM 位于 CPU 的數(shù)據(jù) TCM（D - TCM）接口上，提供單周期數(shù)據(jù)訪問(wèn)。D - TCM 與高級(jí)高性能總線（AHB）共享 SRAM 訪問(wèn)，通過(guò)簡(jiǎn)單的仲裁邏輯進(jìn)行控制。當(dāng)連接電池到指定的備用電池引腳（VBATT）時(shí)，在 VDD 引腳的正常工作電壓丟失或低于閾值時(shí)，SRAM 內(nèi)容會(huì)自動(dòng)保存。

4. DMA 數(shù)據(jù)移動(dòng)

高級(jí)高性能總線（AHB）上的 DMA 通道充分利用了哈佛架構(gòu)提供的獨(dú)立數(shù)據(jù)路徑，能夠快速移動(dòng)數(shù)據(jù)，且在很大程度上獨(dú)立于指令路徑。有兩個(gè) DMA 單元，一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于在以太網(wǎng)接口和 SRAM 之間移動(dòng)數(shù)據(jù)，另一個(gè) DMA 單元有 8 個(gè)可編程通道和 16 個(gè)請(qǐng)求信號(hào)，用于服務(wù)其他外設(shè)和接口。支持單字和突發(fā) DMA 傳輸，以及內(nèi)存到內(nèi)存和內(nèi)存到外設(shè)的傳輸。

5. 非易失性存儲(chǔ)器

STR91xF 有兩個(gè)獨(dú)立的 32 位寬突發(fā)閃存存儲(chǔ)器，支持真正的邊讀邊寫(xiě)操作。閃存存儲(chǔ)器采用單電壓擦除/編程，數(shù)據(jù)保留時(shí)間至少為 20 年，擦除周期至少為 100K 次。主閃存比次閃存大得多，CPU 只能從閃存啟動(dòng)。

6. 向量中斷控制器（VIC）

中斷管理通過(guò)級(jí)聯(lián)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) ARM VIC 單元實(shí)現(xiàn)。這個(gè)組合 VIC 有 32 個(gè)優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求通道，并向 CPU 生成兩個(gè)中斷輸出信號(hào)：FIQ 和 IRQ，其中 FIQ 優(yōu)先級(jí)更高。

7. 時(shí)鐘控制單元（CCU）

CCU 生成主時(shí)鐘頻率 (f_{MSTR})，并為 STR91xF 內(nèi)的各個(gè)功能塊生成單獨(dú)縮放和門(mén)控的時(shí)鐘源。主時(shí)鐘源可以是主振蕩器、PLL 或 RTC，CPU 可以在固件控制下在這些輸入之間切換。

8. 靈活的電源管理

STR91xF 提供可配置和靈活的電源管理控制，支持運(yùn)行模式、空閑模式和睡眠模式。通過(guò)對(duì) CPU 和各個(gè)外設(shè)的時(shí)鐘控制，可以動(dòng)態(tài)管理功耗，以滿(mǎn)足系統(tǒng)需求。

9. 通信接口

STR91xF 具有豐富的通信接口，包括 10/100 以太網(wǎng) MAC、USB 2.0 從設(shè)備接口、CAN 2.0B 接口、3 個(gè) UART 接口、2 個(gè) I2C 接口和 2 個(gè) SSP 接口等，滿(mǎn)足不同應(yīng)用的通信需求。

10. 其他外設(shè)

還包括 8 通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、4 個(gè) 16 位標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器、三相感應(yīng)電機(jī)控制器和外部?jī)?nèi)存接口等，為各種應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。

三、引腳描述

STR91xF 有 80 引腳和 128 引腳的 LQFP 封裝可供選擇。在復(fù)位期間和復(fù)位后，所有端口 0 - 9 的引腳默認(rèn)處于高阻抗輸入模式，CPU 固件可以為引腳分配其他功能。引腳具有 5V 容限，部分引腳具有高灌電流能力。

四、內(nèi)存映射

ARM966E - S CPU 尋址一個(gè) 4GB 的線性地址空間，從 0x0000.0000 到 0xFFFF.FFFF。SRAM 在三個(gè)不同的地址范圍進(jìn)行別名映射，兩個(gè)獨(dú)立的閃存存儲(chǔ)器可以配置為主閃存或次閃存作為啟動(dòng)存儲(chǔ)器。

五、電氣特性

1. 絕對(duì)最大額定值

需要注意各個(gè)引腳的電壓和電流限制，避免超過(guò)規(guī)定的最大額定電壓，以防止設(shè)備損壞。

2. 工作條件

明確了數(shù)字 CPU 電源電壓、數(shù)字 I/O 電源電壓、備用電池電壓等工作條件。

3. 其他特性

還包括 LVD 電氣特性、DC 電氣特性、AC 電氣特性、主振蕩器和 RTC 振蕩器電氣特性、PLL 電氣特性、閃存存儲(chǔ)器特性和 EMC 特性等。

六、總結(jié)

STR91xF 系列 MCU 憑借其強(qiáng)大的 ARM966E - S 核心、豐富的外設(shè)和靈活的電源管理，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)高性能、低功耗的解決方案。無(wú)論是工業(yè)控制、通信還是消費(fèi)電子領(lǐng)域，STR91xF 都能滿(mǎn)足不同應(yīng)用的需求。作為電子工程師，我們可以根據(jù)具體項(xiàng)目的要求，充分發(fā)揮 STR91xF 的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品。

大家在使用 STR91xF 過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？或者對(duì)它的某個(gè)特性有更深入的見(jiàn)解，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。