突出特點(diǎn)

　　由于采用了ARM7TDMI-S內(nèi)核,，LPC2000系列MCU工作頻率達(dá)60MHz，與其他8-bit產(chǎn)品相比具有更強(qiáng)的功能延展性,。同時(shí)它借助片上存儲(chǔ)器加   模塊實(shí)現(xiàn)了“零等待訪問”高速閃存功能,，提高了指令執(zhí)行的效率。

　　此外,，LPC2000的外設(shè)接口非常豐富,，包括UART、SPI,、I2C,、CAN、ADC,、 PWM,、RTC等。LPC2000系列MCU應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,，從網(wǎng)絡(luò)通信,、   馬達(dá)控制，到汽車和消費(fèi)電子都適合于涉足,。

　　嵌入式系統(tǒng)是面向用戶,、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的,，它是將先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù),、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，因此它是一個(gè)高度密集,、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng),。作為嵌入式系統(tǒng),它必須能夠根據(jù)應(yīng)用的需求可以對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪，精簡系統(tǒng)以滿足應(yīng)用系統(tǒng)在功能,、可靠性,、成本、體積等各種要求,。

　　嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件最核心的部分,，飛利浦推出十余款基于 ARM7 的高性能低功耗LPC2000系列微控制器,，來滿足不斷增長的嵌入式市場需求,。

　　這一系列新款微控制器LPC2114/2124/2

119/2129/2194、LPC2210/2212/2214,、LPC2290 /2292/2294在高性能低功耗的基礎(chǔ)上提供了增強(qiáng)的通信功能和片上代碼保護(hù)機(jī)制,。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適用于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器,、嵌入式軟調(diào)制解調(diào)器等,。6通道的PWM更能用于復(fù)雜的馬達(dá)控制應(yīng)用?？傊w利浦ARM嵌入式微控制器應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制,、通信、安防系統(tǒng),、醫(yī)療儀器,、航空航天、汽車和消費(fèi)電子等,，覆蓋了從低端到高端的嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用,。

　　以ARM7微核心的體系架構(gòu)

　　以LPC2214為例，其結(jié)構(gòu)框圖如下:

圖1,，LPC2214結(jié)構(gòu)框圖

　　LPC2214的CPU是一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32 位ARM7TDMI-S 處理器,，該款處理器主要用于對(duì)功耗和成本要求比較苛刻的應(yīng)用。由于使用了三級(jí)流水線技術(shù),，實(shí)現(xiàn)了指令的高效執(zhí)行,。ARM7TDMI-S處理器除了支持標(biāo)準(zhǔn)32位 ARM指令集，也支持16位的THUMB指令集,，THUMB 代碼僅為ARM 代碼規(guī)模的65%,，但其性能卻相當(dāng)于連接到16位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的相同ARM處理器性能的160%。

　　片上系統(tǒng)時(shí)鐘由外部振蕩器經(jīng)過鎖相環(huán)倍頻產(chǎn)生,，最高工作頻率高達(dá)60MHZ,。片內(nèi)存儲(chǔ)器控制器是通過單獨(dú)的局部總線與CPU接口，這樣做的目的是為了避免總線仲裁的不確定性,、總線獲得的延遲和總線上的等待周期,，從而獲得更高的實(shí)時(shí)性能。

　　中斷控制器和外部總線控制器是通過AMBA 高性能總線（AHB）實(shí)現(xiàn)與CPU接口的,，外部總線控制器支持8/16/32位外部存儲(chǔ)器,。

　　LPC2214片內(nèi)外設(shè)通過VPB總線，AHB 到VPB 的橋與AHB 總線相連,。同時(shí)其具有多個(gè)串行接口,包括2 個(gè)16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART,、高速I2C 接口（400 kHz）和2 個(gè)SPI 接口。它還具有8路10 位A/D 轉(zhuǎn)換器（0~3V測量范圍）,，轉(zhuǎn)換時(shí)間可低至2.44uS,；2個(gè)32 位定時(shí)器（帶4 路捕獲和4 路比較通道）；PWM 單元（6 路輸出）,；實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門狗,，112個(gè)通用I/O 口（可承受5V 電壓）,；2 個(gè)低功耗模式：空閑和掉電。

　　片上集成高速閃存

　　LPC2000系列的片上閃存專為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì),。采用0.18微米的工藝,，雙晶體管單元和耐久的寫/擦機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)寫/擦一萬次,，128位寬的優(yōu)化陣列,，零等待的訪問，使程序可以全速運(yùn)行,。同時(shí)還提供對(duì)片上程序保護(hù)機(jī)制,，防止代碼被復(fù)制。

圖2,，存儲(chǔ)器加速模塊

　　LPC2000系列微控制器能夠?qū)崿F(xiàn)零等待訪問的高速閃存,，這主要?dú)w功于片上的存儲(chǔ)器加速模塊。圖2為存儲(chǔ)器加速模塊的結(jié)構(gòu)框圖,。128位寬度的閃存陣列通過單獨(dú)的局部總線與處理器接口,，每周期可為ARM內(nèi)核提供四條32位指令。這使得MCU無需經(jīng)過等待狀態(tài)就可直接從閃存上執(zhí)行指令,，從而消除了一般閃存讀取時(shí)的等待時(shí)間,。為了解決指令序列的變化，指令和數(shù)據(jù)的不同處理帶來的等待時(shí)間,，模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了預(yù)取緩沖器,、避免數(shù)據(jù)讀/寫打亂地址序列的數(shù)據(jù)旁路和跳轉(zhuǎn)跟蹤緩沖器三個(gè)功能塊的聯(lián)合工作，并用兩組128位寬度的存儲(chǔ)器來進(jìn)行并行訪問,，消除延時(shí),。

　　存儲(chǔ)器加速模塊的作用取決于系統(tǒng)時(shí)鐘的大小。LPC2000系列片上閃存的訪問時(shí)間為50nS,，對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘不高于20MHZ的應(yīng)用,，在1個(gè)周期內(nèi)就可將閃存的內(nèi)容讀出，此時(shí)沒必要使用存儲(chǔ)器加速模塊,。時(shí)鐘頻率越高,，當(dāng)直接執(zhí)行閃存中的代碼時(shí)，系統(tǒng)性能受影響越大,，此時(shí)使能存儲(chǔ)器加速模塊,，可以得到接近4倍速度的加速，真正實(shí)現(xiàn)零等待高速閃存,。由于LPC2000可直接從閃存執(zhí)行指令,，無需引導(dǎo)期間將代碼傳送到SRAM，這不僅省掉了耗時(shí)又耗能的系統(tǒng)啟動(dòng)步驟,，還節(jié)省了昂貴的SRAM,。

　　對(duì)片內(nèi)閃存的編程可通過幾種方法來實(shí)現(xiàn)：通過內(nèi)置的串行JTAG 接口，通過串口進(jìn)行在系統(tǒng)編程（ISP）,，或通過在應(yīng)用編程（IAP）,。

　　豐富的外部總線接口

　　LPC22XX系列產(chǎn)品提供了外部存儲(chǔ)器接口，其中包含了24條地址線A0~A23,，32條數(shù)據(jù)線D0~D31及相關(guān)的總線使能線,；其中數(shù)據(jù)線寬度可選擇8位，16位或32位來使用,，圖3為32數(shù)據(jù)線寬度和8/16/32位數(shù)據(jù)線寬度的外部存儲(chǔ)器連接示意圖:

圖3,，32數(shù)據(jù)線寬度外部存儲(chǔ)器接口

　　LPC22XX提供了4個(gè)獨(dú)立且可同時(shí)配置存儲(chǔ)器組，每組可有16MB的地址空間,，并且可與SRAM,、Pseudo-SRAM、FLASH,、EPROM,、BURST ROM或其他的I/O DEVICE 作適當(dāng)?shù)倪B接與存取。

　　若選用帶有片上閃存的產(chǎn)品,可選擇是由片上閃存啟動(dòng)或是由外部存儲(chǔ)器來啟動(dòng)程序,。LPC22XX系列產(chǎn)品,，還提供了可編程的等待周期及閑置周期，最高可允許插入32個(gè)等待周期和16個(gè)閑置周期,。

　　矢量中斷控制器

　　LPC2000系列的

矢量中斷控制器可以支持最多32個(gè)中斷請(qǐng)求,，可根據(jù)需要將其編程分為3 類：FIQ、矢量IRQ 和非矢量IRQ,?？焖僦袛嗾?qǐng)求（FIQ）要求具有最高優(yōu)先級(jí)。矢量IRQ 具有中等優(yōu)先級(jí),。該級(jí)別可分配32個(gè)請(qǐng)求中的16個(gè),。非矢量IRQ 的優(yōu)先級(jí)最低。這種可編程分配機(jī)制意味著不同外設(shè)的中斷優(yōu)先級(jí)可以動(dòng)態(tài)分配并調(diào)整,。對(duì)于任意矢量中斷,，一旦發(fā)出請(qǐng)求，CPU可在一個(gè)周期內(nèi)過讀取VIC并跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址,，這將中斷延時(shí)降低到最小,。

　　參考設(shè)計(jì)方案：稅控收款機(jī)

　　稅控收款機(jī)是一種帶有計(jì)稅功能的電子收款機(jī)，不僅是商業(yè)企業(yè)經(jīng)營管理的得力助手,，也是稅務(wù)人員常駐店內(nèi)采集銷售數(shù)據(jù)的執(zhí)法代表,。它內(nèi)部裝有自動(dòng)記錄但不能更改和抹掉的計(jì)稅存儲(chǔ)器，記錄著每日的營業(yè)數(shù)據(jù)和應(yīng)納稅額,，是向納稅機(jī)關(guān)納稅的憑據(jù),。

　　中國2003年10月1日通過了《稅控收款機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)》,，該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施催生了一個(gè)巨大的稅控機(jī)市場。

　　稅控收款機(jī)由以下幾部分組成：中文顯示系統(tǒng),；中文打印系統(tǒng),；專用稅控處理系統(tǒng)；外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng),；電源,；帶物理安全保證的機(jī)箱。

　　稅控機(jī)制由以IC卡為基礎(chǔ)的發(fā)行,、管理,、申報(bào)、維護(hù),、經(jīng)營等系統(tǒng)組成,。納稅戶銷售商品在稅控收款機(jī)中的記錄與相關(guān)的時(shí)間等信息可在機(jī)內(nèi)保留5～10年，不可修改,、不可清除,。有關(guān)數(shù)據(jù)由稅務(wù)部門用專用IC卡讀出，以便稽查,。

　　這里給出以LPC2214為主控單元的一個(gè)最小系統(tǒng)參考設(shè)計(jì),該系統(tǒng)主要由主控MCU模塊,、時(shí)鐘模塊、電源模塊,、監(jiān)控模塊,、IC卡讀寫模塊、稅控存儲(chǔ)器,、狀態(tài)指示電路,、接口電路等組成。硬件結(jié)構(gòu)如圖所示：

圖4,， 采用LPC2214的稅控收款機(jī)硬件框圖

　　嵌入式微控制器選用飛利浦LPC2214,，充分合理地利用了其片內(nèi)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、外部存儲(chǔ)器接口,、UART等其它外設(shè)接口,。片上閃存作為用戶程序的存儲(chǔ)空間，其高速零等待特性保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行,。其片上程序保護(hù)機(jī)制,，防止代碼被任意更改和復(fù)制。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡潔,，極具競爭優(yōu)勢(shì),。

　　稅控收款機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化思想，嵌入式控制器使用基于μC/OS內(nèi)核的RTOS操作系統(tǒng),，其用戶程序的開發(fā)大體分為如下部分：主程序,、自檢診斷模塊,、IC卡讀寫模塊、UART通訊模塊,、開票模塊,、液晶顯示和按鍵等人機(jī)接口模塊。