SPC563Mxx：汽車動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用的32位MCU解決方案

一、引言

在汽車動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)微控制器（MCU）的性能、功能和可靠性有著極高的要求。SPC563Mxx系列MCU基于Power Architecture?技術(shù)，為汽車動(dòng)力系統(tǒng)提供了強(qiáng)大而可靠的解決方案。本文將深入介紹SPC563Mxx的特點(diǎn)、功能和應(yīng)用，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款MCU。

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二、SPC563Mxx概述

2.1 基本信息

SPC563Mxx是一系列基于Power Architecture?技術(shù)的片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)備。它與經(jīng)典Power Architecture指令集100%用戶模式兼容，包含諸多架構(gòu)增強(qiáng)功能，適用于嵌入式應(yīng)用。同時(shí)，它還支持數(shù)字信號(hào)處理（DSP）指令，集成了增強(qiáng)時(shí)間處理器單元、增強(qiáng)排隊(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制器局域網(wǎng)等重要技術(shù)，滿足了當(dāng)今低端動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用的需求。

2.2 主要特點(diǎn)

• 多種封裝形式：提供LQFP100（20 mm x 20 mm）、LQFP144、LQFP176（24 mm x 24 mm）和LFBGA208（17 mm x 17 mm x 1.5 mm）等多種封裝選擇，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
• 高性能CPU核心：采用單發(fā)射、32位Power Architecture? Book E兼容的e200z335 CPU核心，包含可變長度編碼（VLE）增強(qiáng)功能，可有效減小代碼尺寸。
• 豐富的外設(shè)接口：具備32通道直接內(nèi)存訪問控制器（DMA）、中斷控制器（INTC）、頻率調(diào)制鎖相環(huán)（FMPLL）、校準(zhǔn)外部總線接口（EBI）、系統(tǒng)集成單元（SIU）等多種外設(shè)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。
• 大容量內(nèi)存：擁有高達(dá)1.5 Mbyte的片上閃存和高達(dá)94 Kbyte的片上靜態(tài)RAM（包括高達(dá)32 Kbyte的備用RAM），滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序運(yùn)行的需求。

三、功能模塊詳解

3.1 e200z335核心

e200z335處理器采用四級(jí)流水線進(jìn)行指令執(zhí)行，大多數(shù)指令可實(shí)現(xiàn)單時(shí)鐘執(zhí)行。整數(shù)執(zhí)行單元包含算術(shù)單元、邏輯單元、桶形移位器等，多數(shù)算術(shù)和邏輯操作可在單周期內(nèi)完成。同時(shí)，它還支持向量和標(biāo)量整數(shù)及浮點(diǎn)運(yùn)算，具備浮點(diǎn)單元（FPU）和信號(hào)處理擴(kuò)展（SPE）輔助處理單元（APU），提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力。此外，該核心支持可變長度編碼（VLE）指令增強(qiáng)功能，可減小代碼尺寸，且支持非屏蔽中斷（NMI）和關(guān)鍵中斷，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性。

3.2 交叉開關(guān)（Crossbar）

XBAR多端口交叉開關(guān)支持三個(gè)主端口和四個(gè)從端口之間的同時(shí)連接，允許三個(gè)并發(fā)事務(wù)從主端口到任何從端口，但每個(gè)主端口必須訪問不同的從端口。它提供了32位內(nèi)部地址總線和64位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了高效的通道。

3.3 增強(qiáng)直接內(nèi)存訪問（eDMA）

eDMA控制器通過32個(gè)可編程通道執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)移動(dòng)，硬件微架構(gòu)包括DMA引擎和基于SRAM的內(nèi)存，用于存儲(chǔ)傳輸控制描述符（TCD）。它支持雙地址傳輸、可編程源和目標(biāo)地址、傳輸大小以及增強(qiáng)尋址模式，可通過軟件啟動(dòng)、通道間鏈接機(jī)制或外設(shè)硬件請(qǐng)求激活通道，支持固定優(yōu)先級(jí)和循環(huán)仲裁，通道完成時(shí)可通過可選中斷報(bào)告。

3.4 中斷控制器（INTC）

INTC提供基于優(yōu)先級(jí)的搶占式中斷請(qǐng)求調(diào)度，適用于靜態(tài)調(diào)度的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。它可處理多達(dá)191個(gè)外設(shè)中斷請(qǐng)求源和8個(gè)軟件可設(shè)置的中斷請(qǐng)求源，為每個(gè)中斷請(qǐng)求源提供唯一的向量地址，每個(gè)中斷源可編程為16個(gè)優(yōu)先級(jí)之一，支持優(yōu)先級(jí)天花板協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)共享資源的一致訪問。

3.5 頻率調(diào)制鎖相環(huán)（FMPLL）

FMPLL允許用戶從4 MHz至20 MHz的晶體振蕩器或外部時(shí)鐘發(fā)生器生成高速系統(tǒng)時(shí)鐘，并支持系統(tǒng)時(shí)鐘的可編程頻率調(diào)制。它具有輸入時(shí)鐘頻率范圍廣、電壓控制振蕩器（VCO）范圍大、多種工作模式、可編程頻率調(diào)制等特點(diǎn)，還具備鎖檢測電路和時(shí)鐘質(zhì)量模塊，可檢測鎖狀態(tài)并在失鎖時(shí)產(chǎn)生中斷或系統(tǒng)復(fù)位。

3.6 校準(zhǔn)外部總線接口（Calibration EBI）

Calibration EBI僅在校準(zhǔn)工具中可用，用于控制跨交叉開關(guān)到校準(zhǔn)地址空間中連接到校準(zhǔn)工具連接器的存儲(chǔ)器或外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸。它包括一個(gè)內(nèi)存控制器，支持多種外部存儲(chǔ)器類型，具有22位地址總線、16位數(shù)據(jù)總線、可配置的總線速度模式、總線監(jiān)視器和可配置的等待狀態(tài)等特點(diǎn)。

3.7 系統(tǒng)集成單元（SIU）

SIU控制MCU的復(fù)位配置、引腳配置、外部中斷、通用I/O（GPIO）、內(nèi)部外設(shè)復(fù)用和系統(tǒng)復(fù)位操作。它提供系統(tǒng)配置、引腳配置控制、外部中斷處理、GPIO功能、內(nèi)部復(fù)用等功能，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

3.8 錯(cuò)誤校正狀態(tài)模塊（ECSM）

ECSM提供有關(guān)平臺(tái)內(nèi)存錯(cuò)誤的狀態(tài)信息，通過糾錯(cuò)碼報(bào)告錯(cuò)誤情況。

3.9 閃存（Flash）

SPC563Mxx系列設(shè)備提供高達(dá)1.5 MB的可編程、非易失性閃存，支持64位數(shù)據(jù)總線，具備Fetch Accelerator，可實(shí)現(xiàn)單周期隨機(jī)訪問。它還具有硬件和軟件可配置的讀寫訪問保護(hù)、可配置的訪問時(shí)序、多映射支持等特點(diǎn)，適用于多種系統(tǒng)頻率。

3.10 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）

SRAM模塊提供高達(dá)94 KB的通用內(nèi)存塊，支持從任何主設(shè)備進(jìn)行讀寫訪問，部分塊由單獨(dú)的電源供電用于備用操作，具備ECC單比特糾錯(cuò)和雙比特檢測功能。

3.11 引導(dǎo)輔助模塊（BAM）

BAM是一個(gè)只讀存儲(chǔ)器塊，由ST一次性編程，所有SPC563Mxx MCU相同。它支持從內(nèi)部閃存、外部存儲(chǔ)器或通過FlexCAN或eSCI下載和執(zhí)行代碼等多種引導(dǎo)模式，還可讀取復(fù)位配置半字并相應(yīng)配置硬件，提供MMU設(shè)置、用戶引導(dǎo)代碼檢測、密碼保護(hù)等功能。

3.12 增強(qiáng)模塊化輸入輸出系統(tǒng)（eMIOS）

eMIOS模塊可生成或測量時(shí)間事件，具有16個(gè)通道（24位定時(shí)器分辨率），支持多種操作模式，如雙輸入捕獲、雙輸出比較和PWM輸出等。它還提供三個(gè)24位寬的計(jì)數(shù)器總線，與eTPU2共享時(shí)間基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部時(shí)間基準(zhǔn)的同步。

3.13 第二代增強(qiáng)時(shí)間處理器單元（eTPU2）

eTPU2是一個(gè)增強(qiáng)型協(xié)處理器，用于定時(shí)控制，與主CPU并行運(yùn)行。它具有32個(gè)通道，每個(gè)通道有獨(dú)立的I/O引腳，支持無序轉(zhuǎn)換、用戶可編程通道模式等增強(qiáng)功能。它還具備事件觸發(fā)微引擎、資源共享功能和測試開發(fā)支持功能，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和可維護(hù)性。

3.14 增強(qiáng)排隊(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（eQADC）

eQADC塊為廣泛的應(yīng)用提供準(zhǔn)確和快速的轉(zhuǎn)換。它提供并行接口到兩個(gè)片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和串行接口到外部設(shè)備，支持軟件和外部硬件觸發(fā)，可對(duì)六個(gè)命令隊(duì)列進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序和數(shù)據(jù)傳輸。ADC支持差分轉(zhuǎn)換、可變?cè)鲆娣糯笃?/u>、可編程上拉和下拉電阻等功能，還集成了可編程抽取濾波器，可降低采樣率，減少DSP處理帶寬需求。