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S12XD系列中XGATE协处理器的原理及应用

作者: 时间:2009-05-06 来源:网络 收藏
和CPU完全一样,是一个支持C编译器的可编程的核。当中断源到来时,它开始运行;在完成中断的任务以后,它会停下来其所有时钟等候下次事件,以此减少电源消耗。
是一个协 。它可以直接使用,几乎可以直接进入所有存储空间。 的创新特点就在于它以独特的方式连接到MCU所自带的RAM上。通过交换总线,MCU的内部总线允许交叉进入RAM区。当主CPU全速执行时,访问RAM只需一半时间,XGATE得以在另外半个时钟总线周期进入RAM。所以若主CPU不进入RAM的周期内,则XGATE访问RAM的速度就会是CPU最高速度的2倍。
3 XGATE 及其工作
3.1 多通道PWM
脉冲宽度调制(PWM)在很多I/O引脚上被MCU的物理硬件很严格地限制了,或者说如果需要更多的PWM信号就必须使用软件来驱动这些脉冲。当需要一个在输出上实现低功耗的过滤,或者引发中断时,通常想要一个PWM短周期信号,它就会在主CPU上有很高的占用率。XGATE可以将CPU的占用状态完全移除,并且可以通过一个单一的硬件定时器运行产生多通道的PWM,这样可以使MCU源的 更有效率。在很多的实际 中,相关的PWM信号产生就是利用了定时器来产生所需要的PWM波形。
3.2 串行通信协议处理
XGATE的另外一个重要功能就是串行通信。这里会接收到含有比较标示符的信息,然后数据会被送到存储器中的一个适当的区域,这些都是由匹配的标识符和负载数据决定的。
3.3 CAN网关
CAN网关在工业系统中经常遇到的典型形式就是具有2个CAN网络拓扑。XGATE就可以帮助CPU来实现这个双CAN网络的功能。
XGATE可以通过查表提供100%软件过滤。在每100μs接收一帧信息(每帧信息包括8字节和29位标识符)的情况下,对8位或者16位MCU来说,这个双CAN网络拓扑结构的控制是非常重要的。XGATE可以降低CPU的加载率,CPU处理258字节 时就近似于零加载。对于一个6字节数据的CAN信息,XGATE处理每帧 大约需要3μs,最坏的情况下CPU加载率只有6%。
3.4 积分
很多电机控制应用需要从位置和速度传感器得到连续输入的信号。对于体积小、速度快的电机,积分编码可以提供位置反馈,并且可以产生每秒几万个脉冲。如要保持CPU没有加载,则由XGATE完成该任务,它可以处理两个传感器中的一个中断事件,并提供方向和位置信息。第3个传感器可以为转动参考点提供一个索引信号。每次读2个传感器输入任务时会有一个中断,并且根据后来输入状态执行单一向前或者向后计算,用XGATE时只花很少的时间就可以完成这个任务(执行程序所用时间少于0.5μs)。这是一个理想的表现XGATE特性的例子。
3.5 同步串行通信
对于一些串行通信,XGATE可以提供简单的驱动功能。SPI(同步串行通信)在主机模式下操作是很容易完成的,时钟和数据都可以由XGATE驱动,并且只对一个定时器提供波特率信息。
XGATE也还可以没置SPI从机操作,典型的操作包括在MOSI口收集数据和在MISO口输出数据,每次传输都会在SCLK上接收到时钟信号。从机SPI执行必须注意,由于错过半周期时钟沿而产生错误的读操作会导致向SPI主机返回的数据错误。
3.6 异步串行通信
与SPI一样,XGATE可以通过直接对口进行位操作或者通用异步收发报机来控制软件SCI。这个与最初的同步通信功能相似,当然,临界位的时钟边沿是不一样的。
在异步串行通信中XGATE编码是被严格限制的(波特率最大值通常是19 200 b/s)。在最大反应时间情况下必须保持位波特率的20%和总体的2%,也就是每10.4μs对每位采样或设置一次。虽然位处理时间是允许变化的,但是在19 200 b/s的波特率下就不会在发送和接收正确的8位数据上产生冲突。
XGATE编码发送SCI数据需要由一个比较定时器产生的2个定时值:一个是位周期;另一个是断点检测时间,通常为多个位周期时间。传输1位的程序非常短,只需要设置输出状态和改变位的指针。接收数据要求用位周期时间对中间通道进行采样,这样就会和以前的中断分开,就像进入了另一个XGATE中断,使中断率加倍。此外,这个程序很短,在最坏的情况下中断之间(发送/接收,波特率为19 200 b/s)的间隔是26μs;在XGATE的时钟程序的影响下(波特率为19 200 b/s),SCI数据的接收和发送之前,允许程序用大约36μs执行(允许延时26+10.4μs)。
这是一个当XGATE程序加入后,如何满足最大延时并允许其他程序执行的很好的例子。
3.7 LIN协议处理
本地互连网(LIN)协议在汽车控制方面有广泛应用,其主要作用是作为CAN的展开,但是现在也开始在其他非汽车应用领域中流行起来。
LIN和SCI外部设备一样,都是按字节控制数据的。在LIN中,XGATE可以处理传输数据、缓冲器接收数据中断和数据排队的协议。
XGATE执行213字节长的协议程序,执行时每字节只要0.9μs。在双字节加载数据时,80 Hz的频率下处理双字节LIN信息只用了XGATE执行能力的0.66%。
3.8 排队管理
对外部设备的排队管理可以使主CPU进行有意义的加载。一些MCU体系结构根据排队选择外部设备来减少在CPU上的加载。XGATE可以根据使用者的要求提供此项功能。
结 语
16位微 是较高端的车载型 ,应用很广泛。它的众多优势中最大、最有特色的就是XGATE的加入。XGATE作为一个独立于CPU的协 对于整个芯片的作用很大。在处理中断方面XGATE可以实现很强大的功能,可以大量降低主CPU的加载率,让数据传输更顺畅。在访问RAM方面XGATE也有其自己的优势,在实际应用中必然会受到大家的重视。但是就现在而言,双核技术还是属于一项新技术,在很多方面的应用还是需要大家共同探索的。

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