关于嵌入式微处理器ColdFire的介绍及其相关知识

嵌入式产品的生产商总是期待能做出使产品成本更低、又能更快地走向市场的微处理器解决方案。集性价比高、集成度高、灵活度高等各方面优势的微处理器才能在性能、价格竞争日益激烈的市场环境中使得终端产品脱颖而出。而freescale的ColdFire微处理器却给我们带来的未有的体验，接下来我们将深入介绍有关微处理器方面的知识。

 　比过往更高的集成度

　　高集成度不但意味着有更丰富全面的功能、且有着更小更精细的封装尺寸，还能有效地降低系统功耗，节约能源，简化工程师的设计。随着对集成度更高的要求，微处理器片上不仅需要集成高性能内核、大容量内存、大量灵活的I/O以及外设接口，还很可能要有加密、定时和系统保护等功能模块。例如，看门狗电路能够让器件识别跑飞代码并复位处理器，从而避免锁死状态；基于freescale微处理器的车辆识别代码自动采集系统；加密码增速单元（CAU）可支持DES、AES、MD5和SHA-1等加密算法,微处理器的在集成度的发展是迫切需要的。

　　比如，Freescale的ColdFire系列32位微处理器，其100%的模块化架构更易于与存储器、系统模块和通信外设相集成，比以往更有效的提高了芯片的集成度，而且更加容易适应的加工工艺。如图1所示，推出的基于ColdFire V1内核的MCF51JM128除了集成16KB SRAM，而且还拥有高达128KB的片上闪存，使用户在各种实际环境中都可以充分利用在线编程功能。有效地利用片上存储器能使工程师不再需要使用损失性能的代价，从而获得更低的系统成本，而且极大提高了处理器的使用效率。 飞思卡尔32位处理器系列不断丰富创新功能，并为今后多种行业的控制应用确立了标准。因此，当您的应用需要具备有效控制、低功耗和智能化时，可采用各种飞思卡尔产品。

图1 MCF51JM128顶层方框图

　　比过往更丰富的外设

　　根据系统的性能需求，经过技术的发展，USB、I2C以及SPI接口等外设都已能够集成于单芯片之上。例如，针对工业自动化和控制应用的微处理器需要集成控制器局域网（CAN）模块，另外，对于寻求灵活的USB连接的开发人员，集成的USB控制器也很大程度上简化了设计复杂度。比如，MCF51JM128，它是一个具有一个集成的USB控制器，支持USB 2.0全速主机、设备和On-The-Go（OTG）的配置，可以让各种应用实现通用的、经济型即插即用连接使得使用上更加方便，丰富的外设使得微处理器的使用更加广泛，功能更加全面。

　　比过往更低的功耗

　　对于实用电池供电的便携产品，电池使用寿命则是设计者和用户共同关注的一大指标。因此，如果能在产品设计阶段就对电池使用寿命了如指掌，那么将给工程师带来极大的便利。庆幸的是，Freescale的电池功耗计算器就提供了这样的功能。这一工具能够通过设置工作环境、电池型号、运行周期等其他相关参数，通过数学方法计算出电池的使用寿命，使用上十分的方便快捷，如图2所示。

图2 电池功耗计算器

　　包括微处理器在内，所有电子元器件都本着不断追求进一步降低功耗的目标，在节约功耗方面不断进行研究。不仅仅是针对电池寿命要求越来越长的便携市场，更是针对对功耗要求也越来越严格苛刻的工业产品和白色家电等应用。因而，微处理器由于本身耗电，又控制着系统中其他组件的功耗，所以在实现低功耗设计的过程中扮演着重要的角色，一旦实现，则将会节省出巨大的功耗。

　　比如，MCF51JM128，它总共有四种低功耗模式，因为它能在低功耗的状态下能够继续执行采样功能，从而有助于降低系统总功耗。如表1所示，Flexis系列的首款产品QE128（MC9S08QE128 和MCF51QE128）除了正常工作模式之外还有以下五种节能模式，下面是这五种模式的详细介绍。

　　当低功耗运行模式将稳压器设置为待机状态时，将会节约出相当一部分的电流，从而比普通模式节省出更多的电能。

　　在等待模式下，中央处理器（CPU）将会被关闭。根据总线频率的不同，等待模式可比运行模式节省30％～60％的电流。而且总线频率越高，电能节省的幅度就越大， 这样将会为系统节约一部分的功耗。

　　但用户只能由低功耗运行模式进入低功耗等待模式，与低功耗运行相比，低功耗等待一般可以节省将近50％的电流消耗。

　　停止3模式将系统时钟终止，并将稳压器设置为等待状态，也会节约一部分的电流。

　　停止2模式是QE128耗能的模式，该模式将中断系统时钟，并使稳压器断电，可有效减少不必要的能源损失。 总而言之，该处理器能在广泛的层面上节约电能，提高资源利用率。

　　比过往更强大的软件和开发工具支持

　　除去上述几种需求之外，强大的软件和开发工具支持也将带给工程师极大的自由发挥空间以及更多样的开发手段。工程师可以充分利用编译器、汇编器、连接器、调试器、代码转换器、仿真器和评估测试工具等工具的支持，不但能有效缩短产品的设计周期，使其能够更快速的进入市场，而且能够使终产品更有特色，更加具有竞争力，节省了开发时间，节省了开发经费，具有强劲的性价比。

　　Flexis JM系列的两种评估工具套件可有效的简化设计流程，在研发上节约出更多的时间却不影响效率。经济型的DEMOJM演示套件配有8位或32位的Flexis JM子板，使开发人员体验真正的8位到32位的兼容性，让工程师真正体验到强大的软件以及开发工具的支持。

　　比过往更高的兼容性

　　使用相同的外设和开发工具能够实现终的移植灵活性。多种器件之间引脚对引脚的兼容性保证了微处理器之间可以在不需重新设计电路板的条件下实现互换，极大的提高了工作效率，使得工程师无须再将宝贵的资源耗费在重新设计上，使得节约出更多的时间，外设的兼容性也使得在产品转移的过程中可以重复使用软件。兼容性的提高也使得器件工作的效率也有相应的提高。

　　比如，Freescale的微处理器，从入门级的RS08到性能的ColdFire V4，控制器统一结构系列为上下兼容移植提供了简单的路径，如此一来，处理器的兼容性将会得到显著的提升。而且Flexis系列的推出更是实现了8位和32位微处理器间简单方便的移植，单一开发工具和相同的外设也节省了8位和32位之间的软件投资，并且引脚兼容使得在8位和32位之间互换时，可能地实现了硬件的重复使用，工作效率大大提升，如图3所示。

　　亦或是以新推出的Flexis J M系列为例，它包括32位的MCF51JM128（ColdFire V1内核）和8位的MC9S08JM60（S08内核），它们的软件和引脚都是兼容的，设计人员能够快速轻松地从简单的8位设计移植到需要32位性能的更复杂的应用设计上去。此外，由于V1内核是V2 内核的简化版本，保留了ColdFire内核微架构所共用的寻址模式和指令定义，一旦从 S08架构转换到V1内核，就有机会进一步沿性能路线图向上移植到其他所有的ColdFire内核（V2～V4）。

　　除了对集成度、外设、功耗、软件和开发工具以及兼容性的需求，对于成本敏感的应用，价格也是关键的因素之一，满足上述需求的微处理器由于能够为产品带来竞争优势而将成为工程师的。而嵌入式微处理器ColdFire正是符合当下潮流的产品，集集成度、外设、功耗、价格、软件和开发工具以及兼容性各方面的优势，将会从众多嵌入式微处理器中脱颖而出。

    市场对高性能和新特色产品的持续需求给便携设备的设计为员出了种种难题，而freescale的微处理器却能迎难而上，发开出集性价比，集成度，低功耗各种优势于一身的微处理器，是工程师们的福音，亦是使用者的福音。ColdFire在各方面的突破超出了我们想象，是一款值得实用的微处理器。