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    目前，集成電路的嵌入式技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，各色嵌入式產(chǎn)品也越來(lái)越受歡迎，尤其是以大屏幕多功能的手機(jī)、平板電腦等為典型代表，做為其控制核心的高性能、低功耗的微控制器（MCU）起到了決定性作用。因此以CPU為核心MCU的設(shè)計(jì)也成為了諸多高等院校、各大公司進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)主流發(fā)展方向。

    微控制器（MCU）的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如消費(fèi)類電子市場(chǎng)中的手機(jī)、照相機(jī)、攝像機(jī)、MP3、MP4、平板電腦、筆記本電腦、PC機(jī)、各種遙控電動(dòng)玩具等，還有汽車電子的電子鑰匙、控制系統(tǒng)、導(dǎo)航、倒車影像、倒車?yán)走_(dá)等，還有各種安全防衛(wèi)系統(tǒng)、醫(yī)療器械、工業(yè)控制、武器裝備、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。因此在設(shè)計(jì)MCU之前需要進(jìn)行明確的市場(chǎng)定位，從而使目標(biāo)產(chǎn)品有的放矢，并在高性能、低成本、多功能、輕體積、低功耗、高可靠、散熱好、抗輻照、抗單粒子、適應(yīng)超高溫和超低溫等方面具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。MCU硬件設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：CPU選型和外圍IP核的選取。

    CPU作為MCU的大腦，起到控制核心的作用，基本上決定了MCU的目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域，因此CPU的選型是設(shè)計(jì)MCU的關(guān)鍵。目前，可以用于集成電路嵌入式設(shè)計(jì)的CPU主要有CISC架構(gòu)的80386EX，RISC架構(gòu)的ARM7TDMI/EJ、ARM926EJS/946ES/968ES、ARM1136/56/76、ARMCortex－A5/7/8/9/15、ARMCortex－R4/5/7、ARMCortex－M0/0+/1/3/4、SecurCore000/100/300、    MIPS32M4K/4K/14K/24K/34K/74K/1004K/1074K、microMIPS32、SmartMIPS、Nios/NiosII、    PowerPC40x/60x/70x/90x、SPARCv7/8/9、LEON2/3/4、OR1000/1200等，其中以ARM系列嵌入式CPU發(fā)展的勢(shì)頭最為迅猛，占據(jù)了嵌入式處理器絕大部分的市場(chǎng)份額，而且還在繼續(xù)增長(zhǎng)。各家公司的每種處理器都有自己的特點(diǎn)，可以滿足不同的應(yīng)用需求。此外，開(kāi)發(fā)環(huán)境的完備性、總線接口協(xié)議的高效性、技術(shù)支持的專業(yè)性、IP核種類的豐富性、設(shè)計(jì)資源的開(kāi)放性以及設(shè)計(jì)者的使用習(xí)慣等，都會(huì)對(duì)CPU的選型產(chǎn)生決定性的影響。

    對(duì)于應(yīng)用領(lǐng)域而言，外圍IP核起到了很好的支撐作用，因?yàn)槿绻袽CU比作“人”，則外圍IP核相當(dāng)于MCU的“眼”“耳”“口”“鼻”等重要器官，所以外圍IP核的選取也同樣至關(guān)重要。IP核的選取包括通用IP核和特定用途IP核兩種。

    目前，通用IP核的種類比較繁多，按照總線接口協(xié)議可以分為IBM公司的Core Connect、ARM公司的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）和Silicore Corp公司的Wishbone等；按功能分為接口類IP核如DMA、GPIO、UART、USART、Timer、WDT、I2C、I2S、SPI、CAN、存儲(chǔ)器控制器，圖像處理類IP核等；存儲(chǔ)器類IP核如ROM、RAM、SRAM、FLASH等。根據(jù)功能不同可以進(jìn)行不同的選擇，還可以集成幾個(gè)相同功能的IP核，如UARTx4有4個(gè)UART接口，I2Cx2則是有2個(gè)I2C接口等。

    特定功能的IP核種類也很多，如時(shí)鐘類的PLL、片上高精度振蕩器，模數(shù)轉(zhuǎn)換類的AD、DA，網(wǎng)絡(luò)類的ETHERNETMAC/PHY、Modem，圖像處理類的H.264、JPEG，接口類的USB2.0/3.0、IDE、SATA等，高速接口類的LVDS、RapidIO、SerDes等，還有各種傳感器等，需要根據(jù)市場(chǎng)定位來(lái)確定。

    目前，Samsung、FreeScale、Atmel、NXP、TI、ST等大公司已經(jīng)大規(guī)模推出各類MCU，而且各具特色，因此設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MCU應(yīng)在系統(tǒng)架構(gòu)等方面有別于這些大公司，一是避免侵權(quán)，二是更有利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)應(yīng)做好產(chǎn)品的規(guī)劃：從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單一產(chǎn)品到系列產(chǎn)品，設(shè)計(jì)平臺(tái)不斷維護(hù)與更新，設(shè)計(jì)軟件不斷維護(hù)與升級(jí)，設(shè)計(jì)人員的水平不斷提高。主要包括以下幾個(gè)方面：

    （1）體系架構(gòu)分析、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證

    依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格書中的性能指標(biāo)和功能指標(biāo)，首先需要制定設(shè)計(jì)方案：選取幾款CPU以及所有用到的IP核進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，從整體上評(píng)估MCU的系統(tǒng)架構(gòu)、CPU的性能指標(biāo)、IP核的功能特性等方面?；趲追N選定的目標(biāo)工藝給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)是否能夠滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求，從而確定基本的設(shè)計(jì)方案，然后再根據(jù)具體的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

    （2）時(shí)鐘和復(fù)位方案設(shè)計(jì)

時(shí)鐘和復(fù)位對(duì)整個(gè)電路而言起到了至關(guān)重要的作用。如果這兩路信號(hào)有問(wèn)題，則電路不能正常工作。因此，需要作出詳盡的時(shí)鐘方案和復(fù)位方案，需要給不同的外設(shè)提供不同的時(shí)鐘：USB單獨(dú)時(shí)鐘、CPU等高速外設(shè)一個(gè)時(shí)鐘、UART等低速外設(shè)一個(gè)時(shí)鐘，如圖1示。