探索NXP LH79524/LH79525系統(tǒng)級芯片：高性能與低功耗的完美融合

在電子設計領域，系統(tǒng)級芯片（SoC）的性能和功能直接影響著產(chǎn)品的競爭力。NXP的LH79524/LH79525 SoC憑借其高度集成的特性、卓越的性能和低功耗設計，成為眾多應用場景的理想選擇。今天，我們就來深入了解這款芯片的特點和應用。

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1. 芯片概述

LH79524/LH79525是由NXP Semiconductors推出的系統(tǒng)級芯片，基于ARM720T核心，具有高度集成的特點，能夠滿足廣泛的應用需求。它采用了全靜態(tài)設計、電源管理單元和低電壓運行模式（1.8V核心，3.3V I/O），配合片上穩(wěn)壓器，可使用單一3.3V電源供電。

2. 核心特性

2.1 高性能核心

• ARM720T RISC核心：32位的ARM720T RISC核心，具備8kB緩存和MMU（支持Windows CE），為芯片提供了強大的處理能力。CPU速度可達76.205 MHz，最大AHB時鐘（HCLK）為50.803 MHz。
• MMU功能：MMU允許將物理內(nèi)存地址映射到虛擬內(nèi)存地址，用戶可以通過MMU實現(xiàn)內(nèi)存保護方案，地址轉(zhuǎn)換和內(nèi)存保護服務由用戶控制。

2.2 靈活的內(nèi)存接口

• 外部內(nèi)存控制器（EMC）：集成的EMC提供了與外部SDRAM、低功耗SDRAM、Flash、SRAM、ROM和突發(fā)ROM的無縫接口。支持六種外部內(nèi)存銀行，有兩個同步內(nèi)存片選和兩個（LH79525）或四個（LH79524）靜態(tài)內(nèi)存片選，還包括兩個（LH79525）或四個（LH79524）字節(jié)通道使能信號。
• 內(nèi)存重映射選項：軟件可選擇三種物理內(nèi)存重映射選項，方便用戶根據(jù)需求進行內(nèi)存配置。

2.3 豐富的外設接口

• DMA控制器：支持同時服務多達4個數(shù)據(jù)流，提供三種傳輸模式（內(nèi)存到內(nèi)存、外設到內(nèi)存、內(nèi)存到外設），具備可編程的傳輸大小、突發(fā)大小、地址增量或凍結(jié)功能，每個流都有傳輸錯誤中斷和16字FIFO數(shù)組。
• 彩色LCD控制器（CLCDC）：LH79524有16個LCD數(shù)據(jù)位，LH79525有12個LCD數(shù)據(jù)位。支持單掃描和雙掃描彩色及單色STN顯示器（LH79524僅支持4或8位接口）、TFT彩色顯示器，可編程分辨率高達1,024 × 1,024，支持15級灰度單色、3,375色STN和64k色TFT，具備多種位深度和調(diào)色板選項，以及可編程定時、256項16位調(diào)色板快速訪問RAM、幀、行和像素時鐘信號、AC偏置信號或數(shù)據(jù)使能信號、專利灰度算法和中斷生成事件，還有雙16深可編程32位寬FIFO用于緩沖輸入數(shù)據(jù)。
• 同步串行端口（SSP）：作為主或從接口，支持與支持Motorola SPI、National Semiconductor MICROWIRE或Texas Instruments同步串行接口協(xié)議的主或從外設設備進行同步串行通信。具備主或從操作模式、可編程時鐘速率、獨立的發(fā)送和接收FIFO緩沖區(qū)（16位寬，8個位置深）、DMA支持、可編程接口協(xié)議、可編程數(shù)據(jù)幀大小（4到16位）、獨立屏蔽發(fā)送FIFO、接收FIFO和接收溢出中斷以及內(nèi)部回環(huán)測試模式。
• 通用異步收發(fā)器（UART）：芯片集成了三個UART，功能類似于行業(yè)標準的16C550。支持可編程的每字符位數(shù)（5、6、7或8）、可選的9位模式、9位發(fā)送FIFO和12位接收FIFO、可編程FIFO觸發(fā)點、UART0的DMA支持、可編程IrDA SIR輸入/輸出、獨立的16字節(jié)發(fā)送和接收FIFO以減少CPU中斷、可編程FIFO禁用以實現(xiàn)1字節(jié)深度、可編程波特率發(fā)生器、獨立屏蔽發(fā)送FIFO、接收FIFO、接收超時和調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)中斷、假起始位檢測、線路中斷生成和檢測以及完全可編程的串行接口特性。
• 向量中斷控制器（VIC）：將20個內(nèi)部和8個外部中斷源的中斷請求信號組合，經(jīng)過屏蔽和優(yōu)先級排序后應用到ARM7TDMI處理器核心的IRQ和FIQ中斷輸入。具備硬件中斷向量邏輯，可編程優(yōu)先級高達16個中斷源，可減少IRQ類型中斷的響應時間，提高芯片在嵌入式控制應用中的實時能力。
• 實時時鐘（RTC）：提供鬧鐘或長時間基計數(shù)器，計數(shù)到編程的一秒周期數(shù)后生成中斷。具備32位向上計數(shù)器和可編程加載、可編程32位匹配比較寄存器，可軟件屏蔽中斷，支持多種RTC輸入時鐘源。
• 看門狗定時器：提供硬件保護，防止故障發(fā)生。由總線時鐘驅(qū)動，有16個可編程超時周期（(2^{16}) 到 (2^{31}) 時鐘周期），超時會生成復位或FIQ中斷，具備軟件啟用、鎖定和計數(shù)器復位機制，以及保護機制防止中斷服務失敗。
• 定時器：包含三個16位獨立可編程定時器模塊，由系統(tǒng)時鐘或內(nèi)部縮放系統(tǒng)時鐘驅(qū)動，可生成溢出中斷。定時器0有五個捕獲寄存器和兩個比較寄存器，定時器1和定時器2各有兩個捕獲和兩個比較寄存器，支持PWM模式，每個定時器可生成單獨的中斷。
• 通用輸入/輸出（GPIO）：LH79524提供多達108位可編程輸入/輸出，LH79525提供86位。許多GPIO引腳與其他信號復用，所有GPIO引腳可單獨編程輸入/輸出，上電默認輸入。
• USB設備：集成的USB設備符合USB 1.1和2.0規(guī)范，兼容OpenHCI和Intel UHCI標準。支持全速（12 Mbit/s）操作、暫停和恢復信號、四個端點、批量/中斷或等時傳輸、每個端點方向的FIFO（除EP0在IN/OUT之間共享FIFO），支持DMA訪問FIFO。
• 以太網(wǎng)MAC控制器：板載以太網(wǎng)MAC控制器（EMAC）符合IEEE 802.3標準，通過了新罕布什爾大學（UNH）測試。支持10和100 Mbit/s以及全雙工和半雙工操作，具備統(tǒng)計計數(shù)器寄存器、MII接口、中斷生成、發(fā)送和接收FIFO、自動填充和CRC生成、自動丟棄錯誤幀、地址檢查邏輯、混雜模式、哈希匹配、物理層管理、串行網(wǎng)絡接口操作、流量控制和VLAN標記等功能，支持最大10,240字節(jié)的巨型幀，軟件可配置MAC地址。
• I2C控制器：I2C控制器包括一個兩線I2C串行接口，可在主或從模式下操作，符合I2C 2.1總線規(guī)范，數(shù)據(jù)速率高達400 kbit/s。
• SSP到I2S轉(zhuǎn)換器：將TI DSP兼容模式的同步串行通信流轉(zhuǎn)換為I2S兼容的同步串行流，支持主和從模式，具備可編程字選擇（WS）延遲、左右通道信息、反轉(zhuǎn)WS狀態(tài)和位時鐘的能力，支持16位幀大小，有額外的中斷和狀態(tài)位，模塊未啟用時可原樣傳遞SSP數(shù)據(jù)，支持回環(huán)測試模式。
• ADC和欠壓檢測器：ADC模塊由一個10通道、10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和集成的觸摸屏控制器（TSC）組成。具備10位全差分逐次逼近寄存器（SAR）和集成采樣/保持、10通道多路復用器、16項×16位寬FIFO、前端偏置和控制網(wǎng)絡、觸摸壓力傳感電路、筆下降傳感電路和中斷發(fā)生器、獨立電壓參考發(fā)生器、轉(zhuǎn)換自動化功能、欠壓檢測器和電池控制信號。

3. 電氣特性

3.1 絕對最大額定值

• DC核心電源電壓：-0.3至2.4 V
• DC I/O電源電壓：-0.3至4.6 V
• DC模擬電源電壓：-0.3至4.6 V（VDDA0），-0.3至2.4 V（VDDA1和VDDA2）
• 存儲溫度：-55至+125 °C

3.2 推薦工作條件

• DC核心電源電壓：1.7至1.9 V
• DC I/O電源電壓：3.0至3.6 V
• DC模擬電源電壓：3.0至3.6 V（VDDA0），1.7至1.9 V（VDDA1和VDDA2）
• 時鐘頻率：3.27至76.205 MHz
• 晶體頻率：10.0至20.0 MHz
• 工作溫度（工業(yè)）：-40至+85 °C

3.3 電源供應順序

當線性穩(wěn)壓器未啟用時，建議先給1.8 V電源供電，再給3.3 V電源供電。若無法做到，1.8 V電源滯后3.3 V電源的時間不得超過100 μs。如需更長延遲時間，建議在電源上升期間，兩個電源之間的電壓差保持在1.5 V以內(nèi)。為避免潛在的閂鎖條件，應在設備按上述方式通電后再給輸入引腳施加電壓。

3.4 DC/AC規(guī)格

• DC規(guī)格：包括CMOS輸入高/低電壓、施密特引腳輸入閾值電壓、施密特觸發(fā)器滯后、輸出驅(qū)動、輸入泄漏上拉/下拉電阻、不同模式下的電流等參數(shù)。
• AC規(guī)格：涉及異步和同步內(nèi)存接口信號、同步串行端口、以太網(wǎng)MAC控制器等的信號特性，如建立時間、保持時間、輸出有效時間等。

4. 應用場景

LH79524/LH79525適用于多種應用場景，如無線通信、工業(yè)控制、消費電子等。其高性能的核心和豐富的外設接口能夠滿足不同應用的需求，低功耗設計則有助于延長設備的電池續(xù)航時間。

5. 設計建議

5.1 未使用輸入信號處理

浮動輸入信號可能導致過度功耗，未使用且無內(nèi)部上拉或下拉電阻的輸入應外部上拉或下拉，將信號置于非激活狀態(tài)。部分GPIO信號默認輸入，若引腳未使用，可通過軟件將其編程為輸出，以消除上拉或下拉的需求。

5.2 電路板布局

芯片的所有輸出引腳具有快速的上升和下降時間，因此應減少印刷電路走線的互連長度，以最小化由于快速輸出開關時間引起的過沖、下沖和反射。特別是地址和數(shù)據(jù)總線，更需注意。在考慮電容時，應考慮所有設備負載和電路板走線的電容，其電容值取決于走線寬度、電路板的介電材料以及與接地和電源平面的接近程度。對于電容負載較高的系統(tǒng)，電源去耦和電路板布局的注意事項更為關鍵，因為隨著電容負載的增加，電源和接地返回路徑中的瞬態(tài)電流也會增加。

5.3 外部組件建議

對于32.768 kHz和10 - 20 MHz的晶體電路，文檔提供了建議的外部組件，包括晶體的規(guī)格、電阻和電容的值等。在實際設計中，應根據(jù)晶體的負載電容和PCB雜散電容來調(diào)整電容值，并確保接地連接短且返回連接到處理器核心接地引腳的接地平面。

6. 總結(jié)

NXP的LH79524/LH79525系統(tǒng)級芯片以其高性能、低功耗和豐富的外設接口，為電子工程師提供了一個強大的設計平臺。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體需求合理配置芯片的各項功能，并注意電路板布局和外部組件的選擇，以充分發(fā)揮芯片的性能優(yōu)勢。你在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。