對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師來說,，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品提出的低功耗、高性能,、低成本,、高集成度這些近乎苛刻的要求像緊箍咒一樣讓人頭痛。而對(duì)于工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師來說,，還面臨惡劣的工作環(huán)境和高可靠性要求,，同時(shí)還必須應(yīng)對(duì)當(dāng)前廣泛存在的諸如高精度、網(wǎng)絡(luò)化,、智能化和集成化等發(fā)展趨勢(shì)提出的設(shè)計(jì)新挑戰(zhàn),。此外，低功耗的設(shè)計(jì)要求過去還只是便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師所必須面對(duì)的,，而今低功耗相關(guān)的低碳概念已經(jīng)深入人心,，提高工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的能效已成為一項(xiàng)全球化運(yùn)動(dòng),。

對(duì)于工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來說,，所有這些都幾乎與核心處理器分不開：核心處理器的低功耗特性決定了系統(tǒng)的運(yùn)行功耗水平；高精度要求處理器具有高處理能力,；智能化和網(wǎng)絡(luò)化對(duì)處理器的處理能力及資源配置提出了新的要求,；核心處理器更決定了系統(tǒng)方案的集成度、成本……選擇恰當(dāng)?shù)暮诵奶幚砥魇枪I(yè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師完成設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵首要步驟,。

多種選擇各具優(yōu)勢(shì),，匯聚式處理器受青睞

當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基于MCU,、DSP,、 FPGA及ASIC的解決方案占據(jù)了超過90%的市場(chǎng)份額，這些方案各自在成本、功耗,、集成度以及開發(fā)環(huán)境支持上分別具有不同的特點(diǎn),。毋庸置疑，在嵌入系統(tǒng)應(yīng)用中,，微控制器占據(jù)大部分的市場(chǎng)份額,。MCU憑借其強(qiáng)大的控制功能、通用性,、豐富的外設(shè)集成,、成本優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用便利性，廣泛地用于消費(fèi)類電子,、通信,、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域,；FPGA以其設(shè)計(jì)靈活性著稱,，利用FPGA可以實(shí)現(xiàn)任何數(shù)字器件的功能；DSP則以其卓越的數(shù)據(jù)處理能力以及優(yōu)秀的算法,，成為數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的首先核心引擎,。

然而，MCU在系統(tǒng)需要進(jìn)行多功能擴(kuò)展時(shí)通常面臨處理能力不足的尷尬,，特別是在當(dāng)前工業(yè)系統(tǒng)中越來越多的需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,、通信能力的條件下尤其如此。FPGA始終在功耗和芯片成本上難以實(shí)現(xiàn)更大的突破,，即便是該陣營(yíng)的廠商也不得不承認(rèn)難以在規(guī)模應(yīng)用中推廣的現(xiàn)實(shí),。DSP的卓越數(shù)據(jù)處理能力同時(shí)意味著在系統(tǒng)控制功能上的短板，與MCU在工業(yè)應(yīng)用中的尷尬類似,，MCU+DSP通常成為滿足系統(tǒng)控制功能與數(shù)據(jù)處理能力需求的不得已的選擇?，F(xiàn)實(shí)的需求促進(jìn)了DSP和MCU融合產(chǎn)品的出現(xiàn)——兼具DSP和MCU在數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)控制中各自優(yōu)點(diǎn)，其中由ADI推出的Blackfin處理器是目前市場(chǎng)唯一的匯聚式架構(gòu)DSP產(chǎn)品,。

Blackfin 處理器基于ADI和Intel聯(lián)合開發(fā)的微信號(hào)架構(gòu),，將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加信號(hào)處理功能，與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起,。Blackfin處理器包含一個(gè)10級(jí)RISC MCU/DSP流水線和一個(gè)專為實(shí)現(xiàn)最佳代碼密度而設(shè)計(jì)的混合16/32位指令集架構(gòu),。這種處理特征的組合使Blackfin處理器能在工業(yè)應(yīng)用中的信號(hào)處理和控制處理應(yīng)用中均能發(fā)揮出色作用。Blackfin處理器提供單內(nèi)核高達(dá)750MHz/1,512MMACS的性能(在雙內(nèi)核BF561中更高達(dá) 3,000MMACS),，在許多任務(wù)業(yè)應(yīng)用中無需增設(shè)單獨(dú)的MCU,，從而簡(jiǎn)化了硬件和軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度。具有豐富特性的Blackfin處理器非常適合各種工業(yè)應(yīng)用,，包括從低端電力計(jì)量,、馬達(dá)控制到高端聯(lián)網(wǎng)的電力控制系統(tǒng)等應(yīng)用,，各種型號(hào)涵蓋了低成本以及高性能，設(shè)計(jì)工程師可以針對(duì)其特定的工業(yè)應(yīng)用選擇更具優(yōu)化特性的Blackfin處理器,。

選擇符合您目標(biāo)設(shè)計(jì)的處理器

處理器作為系統(tǒng)的核心器件,，其自身的功能特性將對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響：越豐富的片上資源將給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來更大的便利性，縮短開發(fā)時(shí)間并降低開發(fā)成本,；在相近的成本條件下,，更高的處理能力將給系統(tǒng)帶來更強(qiáng)的擴(kuò)展性，方便產(chǎn)品的升級(jí),；包括開發(fā)平臺(tái),、第三方設(shè)計(jì)資源在內(nèi)的開發(fā)環(huán)境將能有效降低技術(shù)門檻……沒有最好，只有最適宜,，任何一款微處理器都不可能盡善盡美,，仔細(xì)評(píng)估您的產(chǎn)品特性需求、目標(biāo)處理器的功能特性,，選擇一款最適合的處理器,。

對(duì)于工業(yè)應(yīng)用而言，環(huán)境條件是首要的考慮因素,，包括環(huán)境溫度,、電磁干擾、可靠性,，等等,。選擇具有擴(kuò)展的工業(yè)溫度范圍的處理器是基本要求，Blackfin處理器各個(gè)系列均提供了從-40℃到80℃的擴(kuò)展工業(yè)溫度范圍以及0℃到70℃的兩種選擇,。更高的集成度通常是提高抗電磁干擾特性,、可靠性的有效手段，近年來ADI針對(duì)各種主要的工業(yè)應(yīng)用推出了多個(gè)系列優(yōu)化的 Blackfin處理器,，有效地集成了目標(biāo)應(yīng)用的主要外設(shè)特性,，例如針對(duì)電機(jī)控制應(yīng)用集成了PWM單元、ADC的BF50x,，集成PWM單元,、內(nèi)置 116kB RAM、4Mb可選擇串行閃存的BF51x等,。

近年來,，對(duì)于幾乎所有的行業(yè)來說,，所用的產(chǎn)品技術(shù),、功能及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的更新?lián)Q代都在不斷加快，工業(yè)應(yīng)用也不例外,。在進(jìn)行方案選擇時(shí),，考慮產(chǎn)品可能的升級(jí)換代及功能擴(kuò)展需求有助于保護(hù)企業(yè)的研發(fā)投入和提升競(jìng)爭(zhēng)力。ADI公司已經(jīng)形成了完善的Blackfin產(chǎn)品系列以及清晰的產(chǎn)品發(fā)展路線圖，企業(yè)完全可以在將來的新產(chǎn)品及換代產(chǎn)品中繼續(xù)選擇更加符合目標(biāo)開發(fā)需求的其它 Blackfin處理器,，不同Blackfin處理器之間代碼的兼容特性能保證研發(fā)成果的持續(xù)可用性,。此外，基于Blackfin處理器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)通過軟件升級(jí)非常方便產(chǎn)品的更新?lián)Q代,，甚至在線產(chǎn)品升級(jí),。更重要的是，Blackfin處理器強(qiáng)大的處理能力通常能滿足未來產(chǎn)品功能擴(kuò)展之需,，或者針對(duì)不同的功能需求,、標(biāo)準(zhǔn)定義擴(kuò)展出多個(gè)產(chǎn)品系列。

在對(duì)多個(gè)可用方案進(jìn)行選擇時(shí),，可用的片上資源通常是評(píng)估的關(guān)鍵因素,。通常我們會(huì)涉及主頻、有無內(nèi)置的以太網(wǎng)MAC,、I/O端口數(shù)量,、支持哪些OS等……以上都涉及芯片資源的問題，微處理器自帶什么樣的資源是選型的一個(gè)重要考慮因素,。在相近的成本和功耗約束條件下,，通常處理器自帶資源越接近產(chǎn)品的需求，產(chǎn)品開發(fā)相對(duì)就越簡(jiǎn)單,，整體系統(tǒng)成本也越低,，資源越豐富的處理器其可擴(kuò)展性及設(shè)計(jì)靈活性越高。Blackfin處理器支持包括VisualDSP自帶的操作系統(tǒng)內(nèi)核(VDK),、ThreadX,、uCLinux和Nucleas等獲得業(yè)界廣泛應(yīng)用的操作系統(tǒng)，避免了工程師在從其它處理器平臺(tái)移植到Blackfin平臺(tái)時(shí)因更改操作系統(tǒng)而延長(zhǎng)終端產(chǎn)品開發(fā)周期,。Blackfin處理器架構(gòu)具備功能強(qiáng)大且靈活的分層存儲(chǔ)器架構(gòu),、良好的代碼密度以及各種的微控制器型外設(shè)(包括10/100以太網(wǎng)MAC、UARTS,、SPI,、CAN控制器、支持PWM的定時(shí)器,、看門狗定時(shí)器,、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和一個(gè)無縫同步和異步存儲(chǔ)器控制器)。這些特性為設(shè)計(jì)人員提供了設(shè)計(jì)靈活性,，并最大限度地降低了系統(tǒng)成本,。特別是近年來 ADI公司針對(duì)電力線監(jiān)測(cè)以及馬達(dá)控制等工業(yè)應(yīng)用，在新推出的Blackfin處理器系列中集成了更多獨(dú)特的外設(shè),，進(jìn)一步提高了工業(yè)應(yīng)用方案的集成度,，降低設(shè)計(jì)難度,。
 

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今天，提高能效已成為一項(xiàng)全球化運(yùn)動(dòng),，工業(yè)系統(tǒng)作為傳統(tǒng)的能源大戶也面臨越來越嚴(yán)格的低功耗設(shè)計(jì)要求,，選擇具有更低能耗的核心處理器也成為考慮的主要因素之一。Blackfin處理器采用了各種高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù),，包括：可編程電壓與頻率調(diào)節(jié),、時(shí)鐘周期分辨率動(dòng)態(tài)時(shí)鐘門控、支持深度睡眠與休眠模式的多電源域,、可實(shí)現(xiàn)總線激活能量最小化的高代碼密度,、用于實(shí)現(xiàn)最佳性能與電源效率的混合閾值電壓晶體管、實(shí)現(xiàn)最大電源效率的完全定制的處理器內(nèi)核,、使用靈活的硬件加速器,，以及支持mSDRAM以實(shí)現(xiàn)最小板級(jí)功耗……以BF51x為例，其待機(jī)模式功耗低于1mW,，可提供8.5MMACs/mW(100 MHz)的單位功耗性能,。

低成本是幾乎所有產(chǎn)品開發(fā)不可回避的問題。近年來,，ADI在提供低成本Blackfin處理器及配套產(chǎn)品上不遺余力,，最新的BF50x和BF51x系列處理器均提供了多款低于5美元的產(chǎn)品。ADI還針對(duì)BF50x系列新推出了低成本的(199美元)EZ-KIT Lite評(píng)估套件,，為處理器評(píng)估提供了最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇,。同期在中國(guó)全面上市最新款超低價(jià)、高性能Blackfin仿真器ADZS-ICE-100B首次將價(jià)格降到150美元的新低,，為設(shè)計(jì)師提供了低成本,、高性能的設(shè)計(jì)工具。如圖1所示,，獨(dú)立評(píng)估機(jī)構(gòu)BDTI對(duì)定點(diǎn)處理器的每美元速度比評(píng)估中,，Blackfin處理器具有優(yōu)異的表現(xiàn)。

圖1：獨(dú)立評(píng)估機(jī)構(gòu)BDTI對(duì)定點(diǎn)處理器的每美元速度比評(píng)估,。

Blackfin處理器工業(yè)應(yīng)用指南

具有豐富特性的Blackfin處理器非常適合各種工業(yè)應(yīng)用,，而且可選擇的產(chǎn)品系列眾多，多種功耗特性,、處理能力和集成不同外設(shè)特性的處理器可以更具針對(duì)性地滿足您的工業(yè)應(yīng)用目標(biāo),，而ADI清晰的產(chǎn)品發(fā)展路線圖確保了持續(xù)滿足發(fā)展的應(yīng)用需求，以保證用戶的設(shè)計(jì)資源的持續(xù)有效利用,。本文將介紹幾款適合工業(yè)應(yīng)用的典型Blackfin處理器的主要特性供您參考,。

圖2：Blackfin系列處理器主要特性對(duì)比。

1. 針對(duì)工業(yè)應(yīng)用優(yōu)化的BF50x

BF50x 秉承了Blackfin處理器獨(dú)有的先進(jìn)信號(hào)處理功能與通用微控制器的易用性,，以業(yè)界時(shí)鐘為150-200MHz的處理器價(jià)格提供了400MHz的處理性能,，實(shí)現(xiàn)了突破性的性能和功效,。利用BF50x處理器的高處理能力,，工程師可以開發(fā)出更精確,、更高能效的工業(yè)控制和自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)，包括逆變器控制,、不間斷電源(UPS)和馬達(dá)控制,，以及計(jì)量和高級(jí)感應(yīng)應(yīng)用(電能計(jì)量、流量計(jì)量等),。BF50x的性能裕量使得工程師可以在先進(jìn)的系統(tǒng)建模中實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的理論和算法,，從而實(shí)現(xiàn)任何實(shí)時(shí)系統(tǒng)的最優(yōu)化的功效和控制效率。

Blackfin BF50x內(nèi)置的可選雙SAR ADI ADC利用了ADI公司全球領(lǐng)先的ADC技術(shù),，提供了真正12位精度,，是集成ADC的DSP中性能最高的處理器，可以實(shí)現(xiàn)更高精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,，使其成為包括電源逆變器,、UPS、伺服控制和電機(jī)控制等應(yīng)用的理想之選,。BF50x內(nèi)置兩個(gè)真正16位分辨率的三相PWM單元,，每個(gè)PWM模塊都集成了一個(gè)靈活可編程的三相PWM波形發(fā)生器，通過編程設(shè)置以產(chǎn)生針對(duì)感應(yīng)馬達(dá)(ACIM)或者永磁同步馬達(dá)(PMSM)控制所需要的開關(guān)模式來驅(qū)動(dòng)三相電壓源逆變器,。 4MB片上可執(zhí)行閃存存儲(chǔ)器,、針對(duì)CAN的外設(shè)支持以及脈沖波形調(diào)制和移動(dòng)存儲(chǔ)選項(xiàng)等特性使片外的器件最少，從而降低整體系統(tǒng)成本,。

2. 數(shù)字信號(hào)處理器性價(jià)比新標(biāo)桿——BF51x

BF51x系列為匯聚式處理器家族帶來四個(gè)具有顯著特色的成員,，最低不足5美元/片的價(jià)格為更多任務(wù)業(yè)系統(tǒng)設(shè)備利用到匯聚式處理器的優(yōu)越性大大降低了成本門檻，在繼承匯聚式處理器的高性能,、低功耗的優(yōu)秀“基因”的同時(shí),，增加了諸多特性為工業(yè)與儀表應(yīng)用、便攜式產(chǎn)品帶來更大設(shè)計(jì)便利性,。

BF51x的低價(jià)格并沒有以犧牲性能為代價(jià),，相反增加了很多在其它Blackfin處理器中沒有的新特性，包括：在高達(dá)400MHz的Blackfin內(nèi)核中集成116KB存儲(chǔ)器,、512KB閃存,，以太網(wǎng) MAC(IEEE-1588)，帶3相PWM輸出的PWM單元,，x1 SDIO / CE-ATA,，LockBox/OTP 8kB。其中,，BF518是首款支持IEEE-1588-2008標(biāo)準(zhǔn)的低成本處理器(IEEE-1588-2008是IEEE-1588的最新標(biāo)準(zhǔn),，提供網(wǎng)絡(luò)測(cè)量與控制系統(tǒng)用精密時(shí)鐘同步的協(xié)議),，這為包括繼電保護(hù)產(chǎn)品在內(nèi)的電力線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了滿足未來通信標(biāo)準(zhǔn)的硬件支持。

BF51x 集成特性還包括：支持16個(gè)立體聲I2S數(shù)字音頻通道,、12個(gè)外設(shè)DMA通道,，還提供了內(nèi)置的高級(jí)存儲(chǔ)控制器，用于實(shí)現(xiàn)與多組外部SDRAM,、SRAM,、閃存或ROM的無縫連接，每個(gè)處理器包括兩個(gè)雙通道同步串行通信端口(SPORT),、一個(gè)高速并行外設(shè)接口(PPI),、一個(gè)I2C兼容雙線接口 (TWI)、兩個(gè)PC兼容的UART,，以及兩個(gè)SPI兼容的串行外設(shè)接口端口,。廣泛的接口支持使系統(tǒng)具有更大的擴(kuò)展靈活性。ADI聯(lián)合第三方方案提供商已經(jīng)向中國(guó)企業(yè)提供了基于BF518處理器的電力線監(jiān)測(cè)參考設(shè)計(jì),，并已經(jīng)獲得多家中國(guó)企業(yè)的批量應(yīng)用,。

3. 高性能Blackfin處理器——BF540x系列

ADSP- BF54x系列Blackfin處理器的工作頻率高達(dá)600MHz，其內(nèi)部總線帶寬倍增到532每秒兆字節(jié)以滿足工業(yè)系統(tǒng)集成的外設(shè)要求,。內(nèi)部帶寬用高達(dá) 260KB的內(nèi)置存儲(chǔ)器匹配,。ADSP-BF54x系列Blackfin處理器的特點(diǎn)是在增加的I/O端口和存儲(chǔ)器帶寬、內(nèi)置存儲(chǔ)器以及控制器局域網(wǎng) (CAN)和面向媒體系統(tǒng)傳輸(MOST)系統(tǒng)的外圍設(shè)備集成度之間進(jìn)行了權(quán)衡,，以便為工業(yè)應(yīng)用提供高性能和低成本優(yōu)勢(shì),。

BF54X 系列還內(nèi)置Lockbox安全技術(shù)，允許工業(yè)系統(tǒng)開發(fā)商通過驗(yàn)證確保代碼和數(shù)據(jù)的完整性,，并且通過對(duì)系統(tǒng)部分或全部加密保證其機(jī)密性,。BF54x處理器系列產(chǎn)品適合那些要求現(xiàn)場(chǎng)可升級(jí)、本地存儲(chǔ)和顯示能力至關(guān)重要的多種工業(yè)應(yīng)用,，包括工業(yè)自動(dòng)化,、無線基礎(chǔ)設(shè)施、無線電信設(shè)備和交換機(jī),，以及能使BF54x系列的處理性能和高級(jí)外設(shè)區(qū)分終端應(yīng)用的安全系統(tǒng),。

豐富的工業(yè)應(yīng)用第三方設(shè)計(jì)資源

為加強(qiáng)對(duì)客戶基于Blackfin系列處理器的應(yīng)用開發(fā)支持，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,、降低開發(fā)成本和應(yīng)用門檻,，ADI不僅在全球營(yíng)造了由近百家具有各種領(lǐng)先技術(shù)能力的第三方機(jī)構(gòu)組成具有強(qiáng)大技術(shù)支持能力的生態(tài)系統(tǒng)外，還在中國(guó)努力組建一個(gè)優(yōu)良的本地化“生態(tài)系統(tǒng)”,，即由ADI及其合作伙伴構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),，為客戶提供相關(guān)的軟件、工具、參考設(shè)計(jì),、教育培訓(xùn)等支持,。

對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，ADI第三方合作伙伴團(tuán)隊(duì)包括很多本地優(yōu)秀技術(shù)提供商,，如北京億旗創(chuàng)新,、東方迪碼、深圳市英蓓特,、華恒科技,、長(zhǎng)沙新竹等,，他們不斷推出低價(jià)位,、更方便使用、支持更便利的本地開發(fā)工具和系統(tǒng)方案,。