Şirket Blog About NXP MCF51JM64 32-Bit 50MHz Flexis V1 ColdFire USB Mikrodenetleyici

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. NXP " Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri 32-bit 50 MHz Flexis V1 ColdFire USB mikrodenetleyici tedarik etmektedir.

I. Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri Ürün Konumlandırması: Flexis Denetleyici Sürekli Akışı İçindeki 32-bit Orta Segment
MCF51JM64, NXP'nin Flexis Denetleyici Sürekli Akışı'nın 32-bit dalına aittir. Bu mimari, 8-bit S08 ve 32-bit ColdFire V1 ürün hatlarının çevre birimi yapılandırmaları, pin tanımları ve geliştirme araçları açısından mümkün olduğunca yakın hizalanmasını sağlamak üzere tasarlanmıştır, böylece mühendisler MC9S08JM60'dan MCF51JM serisine yükselttiğinde, donanım değişiklikleri minimum düzeyde olur ve kod geçiş yolu nettir.

MCF51JM ailesi içinde, Flash kapasitesine göre kategorize edilmiş üç varyant bulunmaktadır: MCF51JM128 (128 KB), MCF51JM64 (64 KB) ve MCF51JM32 (32 KB). Her üçü de 16 KB SRAM'a ve temelde aynı çevre birimi kaynaklarına sahiptir. MCF51JM64, 32KB'lık versiyona göre protokol yığınları ve firmware için daha cömert bir alan sunarken, 128KB'lık versiyonun nispeten yüksek maliyetinden kaçınarak orta bir yol tutar; bu nedenle, USB iletişimi ile orta ölçekli kontrol mantığını birleştiren uygulamalar için çok uygundur.

II. Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri Çekirdek Mimarisi: V1 ColdFire Çekirdeği ve Bellek Yapılandırması
MCF51JM64, maksimum 50.33 MHz çekirdek frekansı ve 25 MHz veri yolu frekansı ile 32-bit V1 ColdFire RISC çekirdeğini kullanır. Çekirdek, 2.7 V ila 5.5 V voltaj aralığında ve –40 °C ila +105 °C ortam sıcaklığı aralığında çalışır, tam endüstriyel sınıf spesifikasyonlarını karşılar ve geniş sıcaklık ve voltaj aralıkları gerektiren saha cihazlarında doğrudan kullanım için uygundur.

Bellek açısından, 64 KB Flash ve 16 KB SRAM ile yapılandırılmıştır. Flash, tüm çalışma voltajı ve sıcaklık aralığında okuma, programlama ve silme işlemlerini destekler ve düşük sıcaklık veya düşük voltaj koşullarında kullanım için düşürme gerektirmez. SRAM, programın kontrolden çıkması durumunda kazara üzerine yazılmasını önleyerek kritik veri alanlarını korumak için bir güvenlik devresi ile donatılmıştır. USB cihaz protokol yığınları, CAN mesaj arabelleğe alma ve çok kanallı örnekleme için veri önbelleği için 16KB, bu sınıf cihaz için cömert bir kapasiteyi temsil eder.

Çekirdeğin hata ayıklama kanalı BDM (Arka Plan Hata Ayıklama Modu) tek telli arayüzüdür; bir OSBDM veya P&E hata ayıklama probu ile kullanıldığında, ek iletişim çevre birimleri kullanmaya gerek kalmadan yerinde emülasyon, kesme noktaları ve bellek okuma/yazma işlemleri sağlar.

Saat sistemi, bir FLL ve bir PLL içeren MCG çok amaçlı saat üreteci tarafından yönetilir. Dahili referans saatinin kullanılması harici bir kristal osilatör ihtiyacını ortadan kaldırır, böylece önyükleme süresini azaltır; ancak, USB etkinleştirildikten sonra, 12 Mbps tam hızlı iletişim için yeterli zamanlama marjını sağlamak üzere yüksek hassasiyetli harici bir saat kaynağı gereklidir.

III. Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri USB Alt Sistemi: Çift Rollü OTG, Bu Çipin Temel Satış Noktasıdır
MCF51JM64, USB 2.0 Tam Hız spesifikasyonuna uyan ve üç yapılandırma arasında geçiş yapabilen çift rollü bir USB OTG denetleyicisi entegre eder: Cihaz, Ana Bilgisayar ve OTG. Bu, tek bir çipin hem bir ana bilgisayar bilgisayara bağlı bir USB köle cihazı olarak işlev görebileceği ve tersine, USB flash sürücüleri okumak veya HID çevre birimlerini bağlamak için ana bilgisayar rolünü üstlenebileceği anlamına gelir, böylece ayrı bir USB ana bilgisayar denetleyicisi çipine olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

Çip, bir USB alıcı-verici ve 3.3V voltaj regülatörü devresi entegre eder (sadece VUSB33 pinine harici bir kapasitör bağlayın); harici olarak, yalnızca USB diferansiyel hatları, VBUS algılama ve ESD koruması ele alınması gerekir, bu da nispeten akıcı bir malzeme listesiyle sonuçlanır.

Yazılım ekosistemi, bu çipin bir başka güçlü noktasıdır. NXP, JM serisi için eksiksiz bir USB protokol yığını sağlar: cihaz yığını, ana bilgisayar yığını, OTG yığını, ayrıca PHDC kütüphanesi ve tıbbi bağlantı için MSD FATFS dosya sistemi kütüphanesi. Resmi uygulama notları ayrıca iki kullanıma hazır çözüm sunar: AN3690'daki CAN-USB köprü tasarımı ve AN3748'deki USB önyükleyicisi; bunlar temelde kılavuz izlenerek uygulanabilir.

IV. Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri Analog ve Zamanlama Kaynakları: Örnekleme ve Kapalı Döngü Kontrol İçin
Analog ön uç, 12 adede kadar giriş kanalını destekleyen 12 bitlik bir ardışık yaklaşım ADC'den oluşur. Hem tek seferlik hem de sürekli örnekleme modlarını destekler ve örneklenen bir değer bir eşiği aştığında doğrudan bir kesme tetikleyebilen otomatik bir karşılaştırma işlevi destekler, böylece CPU'nun yoklama yükünü azaltır. Kanal sayısı pakete göre değişir; 80 pinli versiyon en kapsamlı seti sunarken, 64 pinli ve 44 pinli versiyonlar pin çoğulluğuna bağlı olarak azaltılmış sayıda kanala sahiptir. Ayrıca, sıfır geçiş algılama, güç kaynağı izleme veya basit eşik karşılaştırması için kullanılabilen bir analog karşılaştırıcı (ACMP) bulunur.

Zamanlama kaynakları iki birimden oluşur: TPM1, 6 kanallı 16 bitlik bir zamanlayıcı ve TPM2, 2 kanallı bir zamanlayıcı; birlikte, bağımsız olarak giriş yakalama, çıkış karşılaştırma veya kenar hizalı PWM olarak yapılandırılabilen toplam sekiz kanal sağlarlar. Bu kanal sayısı, küçük motor sürücüleri, LED karartma, zil sürücüleri ve çok kanallı darbe ölçümü gibi uygulamalar için yeterlidir. Ek olarak, kızılötesi uzaktan kumandalar için 38 kHz taşıyıcı ve protokol dalga biçimleri oluşturmak üzere tasarlanmış bir CMT taşıyıcı modülasyon zamanlayıcısı bulunur; RTC gerçek zamanlı saat, düşük güçlü zamanlama ve takvim tabanlı uygulamalardan sorumludur.

V. Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri İletişim Arayüzleri: CAN, Çift Seri Port, Çift SPI, Çift I²C
İletişim çevre birimleri, bu ailenin öne çıktığı bir başka alandır. MSCAN denetleyicisi CAN veri yolu iletişimini destekler ve üretici, kablosuz firmware güncellemelerine olanak tanıyan AN4511 CAN önyükleyici çözümünü sunar. 44 pinli paketin CAN pinlerini içermediğini lütfen unutmayın; bir cihaz seçerken paket türünü doğrulamak esastır.

Diğer arayüzler arasında iki SCI asenkron seri port, iki SPI portu, iki I²C portu ve sekiz adede kadar klavye kesme (KBI) hattı bulunur. GPIO pinlerinin sayısı pakete göre değişir: 66 (80 pinli), 51 (64 pinli) ve 33 (44 pinli). Ayrıca 16 bitlik hızlı bir GPIO portu (RGPIO) bulunur; 80 pinli paket tüm 16 biti sağlarken, 64 pinli paket 6 bit sağlar, 44 pinli paket ise bu özelliği içermez, bu da düşük gecikmeli durum geçişleri gerektiren uygulamalar için uygundur.

VI. Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri Güvenlik ve Sistem Güvenilirliği
Sistem koruma mekanizmaları arasında bağımsız bir saat gözetleme (COP), düşük voltaj algılama (LVD) ve çip üzerindeki belleğin harici olarak okunmasını önlemek için okuma koruması sağlayan bir Flash güvenlik devresi bulunur.

Şifreleme yetenekleri hakkında önemli bir ayrıntı var: CAU (Kriptografik Hızlandırma Birimi) ve RNGA (Rastgele Sayı Üreteci Dizisi) tüm ürün yelpazesinde standart özellikler değildir; model numaralarında 'E' harfi bulunan sürümler (MCF51JM64EVLH gibi) bu donanım bileşenlerine sahiptir. CAU, AES, DES ve SHA gibi algoritmaların yürütülmesini hızlandırırken, RNGA donanım tabanlı bir rastgele sayı kaynağı sağlar, bu da şifreli iletişim, anahtar depolama veya güvenli kimlik doğrulama gerektiren tasarımlar için uygundur. Standart sürümler (MCF51JM64VLH gibi) şifreleme hızlandırması içermez; şifreleme yazılım aracılığıyla uygulanmalıdır, bu da performans ve güvenlikte ödünleşmeye yol açar.

VII. Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri Paketler ve Sipariş Edilebilir Sürümler: 8 Farklı Parça Numarası
MCF51JM64, 4 paket tipi ve şifreleme yetenekleri kombinasyonunu kapsayan 8 sipariş edilebilir sürümde mevcuttur:
İlk olarak, MCF51JM64VLK, kriptografik hızlandırma olmayan 80 pinli bir LQFP.

İkinci olarak, MCF51JM64EVLK, CAU ve RNGA'lı 80 pinli bir LQFP.

Üçüncü olarak, MCF51JM64VLH, kriptografik hızlandırma olmayan 64 pinli bir LQFP (10x10 mm).

Dördüncü varyant: MCF51JM64EVLH, 64 pinli LQFP, CAU ve RNGA ile.

Beşinci varyant: MCF51JM64VQH, 64 pinli QFP, 14x14 mm, şifreleme hızlandırması olmadan.

Altıncı varyant: MCF51JM64EVQH, 64 pinli QFP, CAU ve RNGA ile.

Yedinci varyant, şifreleme hızlandırması veya CAN olmayan 44 pinli bir LQFP, 10x10 mm olan MCF51JM64VLD'dir.

Sekizinci varyant, CAN olmayan CAU ve RNGA özellikli 44 pinli bir LQFP olan MCF51JM64EVLD'dir.

Tüm varyantlar endüstriyel sıcaklık aralığı olan –40°C ila +105°C arasında çalışır. Parça numaralandırma kuralı şu şekilde kırılabilir: 'MCF51', ColdFire V1 51 ailesini belirtir; 'JM' seri kodudur; '64' 64 KB Flash'ı temsil eder; 'E', şifreleme hızlandırma biriminin etkinleştirildiğini gösterir; 'V', endüstriyel sıcaklık sınıfını belirtir; 'L' ve 'Q', LQFP ve QFP paketleri arasında ayrım yapar; ve son karakterler 'K', 'H' ve 'D' sırasıyla 80, 64 ve 44 pinlere karşılık gelir. Bileşenleri temin ederken veya değiştirirken, bu son ekleri tanıdığınız sürece, şifrelemeli ve şifrelemesiz parça numaralarını karıştırmayacaksınız.

VIII. "MCF51JM64" İçin Tipik Uygulama Senaryoları Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri
Kategori 2: Tıbbi cihazlar için veri toplama ve USB bağlantısı. Taşınabilir tıbbi cihazlar ve sağlık izleme terminalleri için uygundur; resmi PHDC sınıf kütüphanesi ve tıbbi bağlantı kütüphanesi doğrudan yeniden kullanılabilir, sertifikasyon ve geliştirme döngülerini kısaltır.

Kategori 3: Endüstriyel veri toplama modülleri. Çok kanallı analog toplama, sensör yoğunlaştırıcılar ve uzaktan G/Ç için uygundur; 12 bitlik ADC, çift seri portlar ve çift I²C arayüzleriyle birleştiğinde, çeşitli algılama ve depolama cihazlarının eşzamanlı bağlantısına olanak tanır.

Dördüncü kategori, USB HID ve insan-makine arayüzü çevre birimlerini kapsar. Endüstriyel klavyeler, barkod tarayıcılar, USB-seri adaptörler ve dongle gibi güvenlik cihazları için uygundur; özellikle 'E' soneki olan sürümler şifreleme ve kimlik doğrulama işlevlerini destekleyebilir.

Beşinci kategori, bina kontrolü ve küçük ölçekli hareket kontrolünü kapsar. Fan ve pompa hız kontrolü, valf aktüatörleri ve aydınlatma karartma için uygundur; sekiz PWM kanalı ve ACMP, düşük maliyetli bir kapalı döngü sistemi oluşturmak için yeterlidir.

Kategori 6: Eski platformların bakımı ve eğitim deneyleri. Eski üretim hatlarının bakımında yedek parçalar, üniversite gömülü sistemler dersleri ve ColdFire mimarisi öğretim kartları için uygundur; Flexis mimarisi ile S08 arasındaki yazışma, 8-bit'ten 32-bit sistemlere geçişin açıklanmasını kolaylaştırır.

IX.

MCF51JM64 Tasarım Hususları ve Seçim Riskleri Güç kaynağı bölümünde, VDD ve VDDA için ayrım bağımsız olarak ele alınmalı, analog ve dijital topraklar tek bir noktada birleşmelidir; VUSB33 pini belirtilen kapasitansta kararlı bir kapasitöre bağlanmalıdır, aksi takdirde USB alıcı-verici güvenilmez çalışacaktır. USB diferansiyel hatları için empedans kontrolü ve ESD koruması uygulanmalı ve VBUS algılama voltaj bölücüsü için yeterli marj bırakılmalıdır. Saat tasarımı açısından, USB üzerinden çalışırken harici bir kristal osilatör kullanılmalıdır; dahili RC osilatörüne güvenilmesine izin verilmez.
Flash programlama, silme/yazma döngüsü sayısı sınırlı olduğundan, sektör bazında yapılmalıdır. Sık parametre yazma içeren uygulamalar için harici bir EEPROM kullanılması veya ayrılmış RAM alanının önbellek olarak kullanılması önerilir. Hata ayıklama aşamasında, BDM pinlerini ortaya çıkarmak için öncelikle bir BDM probu kullanılması önerilir; toplu üretime geçildiğinde, sahada yükseltmeler CAN veya USB önyükleyicileri aracılığıyla yapılabilir.

En büyük risk ürün yaşam döngüsünden kaynaklanmaktadır. Bu seri kullanım ömrünün sonuna ulaşmıştır ve piyasadaki yeni ve yenilenmiş stokların oranı artmaktadır. Yeni tasarımlar, ColdFire+ MCF51Jx serisine veya hala üretimde olan Kinetis ve LPC gibi platformlara geçişi değerlendirmelidir; mevcut üretim hatları kararlı tedarik kanalları güvence altına almalı ve yedek parça envanteri oluşturmalıdır.