Журнал "Новости Электроники", номер 16, 2007 год.

Семейство QE √ первая точка стыковки 8- и 32-битных микроконтроллеров

Алексей Пантелейчук

Наиболее безболезненный путь перехода с одной микроконтроллерной платформы на другую предлагает компания Freescale Semiconductor. Новые микроконтроллеры MCF51QE128 серии Flexis≥ с 32-битным ядром совместимы с 8-битными по выводам, периферии и инструментарию.

Подобрать микроконтроллер с необходимой производительностью, объемом памяти, набором периферийных устройств и ценой, удовлетворяющей требованиям приложения, является непростой задачей. Выбрать «правильный» микроконтроллер с первого раза могут только разработчики с большим опытом. В большинстве случаев приходится либо переплачивать за неиспользуемый ресурс микроконтроллера, либо тратить время на перевод проекта на другую платформу.

При переходе на другую платформу могут возникнуть следующие трудности:

Различия инструментария и средств отладки. Требуется обновлять программные библиотеки, изучать документацию по новой платформе.
Из-за различия архитектур приходится переписывать код приложения, драйвера периферийных устройств.
Отличия в расположении выводов, напряжений питания требует переразводки платы.
Различия режимов потребления энергии.

Безусловно, список трудностей этим не ограничивается, но уже дает представление о том, насколько может затянуться выход нового устройства на рынок.

Одно из решений этой проблемы предлагает компания Freescale. Идея такова: добиться совместимости микроконтроллеров с различными ядрами, объемом памяти, производительностью и ценой. Так называемое пространство Controller Continuum (рисунок 1), в пределах которого микроконтроллеры имеют одни и те же периферийные устройства, инструментарий и программное обеспечение, но отличаются ядром, позволяет легко перемещаться внутри семейства и в результате остановиться на оптимальном решении.

Рис. 1. Пространство Controller Continuum

Рис. 2. Развитие Controller Continuum

На рисунке 2 представлено предполагаемое развитие микроконтроллеров Controller Continuum. Одинаковым цветом закрашены семейства, совместимые по выводам и периферийным устройствам.

Рис. 3. Архитектура микроконтроллеров MCF51QE128

Первый этап развития Controller Continuum уже пройден, в результате чего появилась серия Flexis^TM. Микроконтроллеры этой серии построены на базе 32-битного ядра ColdFire V1 и совместимы с семейством S08 по набору периферийных устройств. Благодаря этому пользователь может варьировать производительность, энергопотребление и цену решения, без временных затрат, просто взяв микроконтроллер с другим ядром (рис. 3).

Первое семейство серии Flexis^TM - микроконтроллеры MCF51QE128, в то же время являющиеся расширением 32-битной линейки ColdFire. Микроконтроллеры MCF51QE128 совместимы по выводам, периферийным устройствам и инструментарию с 8-битными S08QE128.

Отличительные характеристики семейства:

Ядро 50 МГц ColdFire V1 с частотой шины 25 МГц;
Flash до 128 КБ;
ОЗУ до 8 КБ;
Напряжение питания от 1,8 до 3,6 В;
Высокоточный внутренний осциллятор (ICS);
Однопроводной отладочный интерфейс;
До 70 портов ввода/вывода общего назначения;
16 выводов для клавиатуры;
Температурный диапазон от -40 °C до 85°C;
Совместимость со средой разработки CodeWarrior for Microcontrollers 6.0.

Периферийные устройства:

24 канала 12-битного АЦП;
2 аналоговых компаратора;
2 SCI/UART;
2 SPI;
2 I²C;
Таймеры:

- 16-битный 6-канальный,

- Два 16-битных 3-канальных,

- Модуль захвата/сравнения и ШИМ,

- Часы реального времени.

Потребление мощности

Одно из достоинств микроконтроллеров MCF51QE128 - низкое энергопотребление. Приведем несколько основных значений.

Активный режим:

27 мА (50 МГц, 3 В V_DD ),

50 мкА (32 кГц, 3 В V_DD).

Два режима режима низкого энергопотребления:

Stop 2 - 370 нА,

Stop 3 - 520 нА.

Выход из режима низкого энергопотребления 6 мкс.

Напряжение программирования Flash от 1,8 до 3,6 В.

Области применения MCF51QE128:

Системы кондиционирования
Медицинское оборудование
Системы безопасности
Промышленная автоматика
Измерительные системы
Портативное биометрическое оборудование

Энергопотребление микроконтроллеров семейств S08 и QE

Как было отмечено выше, производительность приложения можно изменять за счет простой замены 8-битных микроконтроллеров на 32-битные и наоборот. Рассмотрим, как при этом изменяется энергопотребление. Этот параметр очень важен для портативных устройств с питанием от батарейки. Величины потребляемых токов в различных режимах представлены в таблице 1.

Таблица 1. Энергопотребление микроконтроллеров в различных режимах

Режим/модель микроконтроллера	MCF51QE128	MC9S08QE128
Активный режим, 50 МГц ЦПУ/25 МГц шина	27 мА	11 мА
Режим низкого энергопотребления, 32 кГц ЦПУ/16 кГц шина	50 мкА	22 мкА
Режим Stop 2 - самый экономичный режим	370 нА	370 нА
Режим Stop 3 - система синхронизации на низкой частоте	520 нА	450 нА

Время перехода в активный режим из режима Stop 3 для обоих микроконтроллеров составляет 6 мкс.

Новые микроконтроллеры поддерживают 32 источника внешних прерываний, что позволяет сделать код более эффективным, а именно, использовать выход из режимов ожидания и низкого энергопотребления по прерыванию вместо выставления флагов.

Стоит отметить, что напряжение программирования Flash-памяти новых микроконтроллеров составляет 1,8 В. Это позволяет осуществлять сохранение данных приложения при старении и разрядке элемента питания.

Критерии для выбора разработчиком того или иного семейства микроконтроллеров показаны в таблице 2.

Таблица 2. Критерии выбора семейств микроконтроллеров

S08	S08 и ColdFire V1	ColdFire V1
Требуется низкое энергопотребление, при этом высокая производительность не нужна Нужен корпус с минимальным числом выводов Критична цена	Разрабатывается серия устройств, отличающихся друг от друга по производительности и цене	Требуется высокая производительность Требуется высокая пропускная способность Требуется flash-память большого объема (>128 кБ)

Для начала работы с микроконтроллерами семейств MC9S08QE128 и MCF51QE128 рекомендуется отладочная плата EVBQE128 (см. рис. 4).