KL25ch03(KL25簡(jiǎn)介與硬件最小系統(tǒng))20140305

1第3章KL25簡(jiǎn)介與硬件最小系統(tǒng)主要內(nèi)容：3.1飛思卡爾Kinetis微控制器簡(jiǎn)介3.2KL系列MCU概述與體系結(jié)構(gòu)3.3KL25系列存儲(chǔ)映像 3.4KL25的引腳功能3.5KL25硬件最小系統(tǒng)原理圖3.6實(shí)踐硬件：SD-FSL-KL25-EVB3.7本章小結(jié)23.1飛思卡爾Kinetis系列微控制器簡(jiǎn)介

飛思卡爾在2010年飛思卡爾技術(shù)論壇（FTF2010）美國(guó)站推出了Kinetis系列微控制器。面向領(lǐng)域不同，Kinetis系列基于ARMCortex-M內(nèi)核陸續(xù)推出了KinetisK系列、L系列、M系列、W系列。KinetisK系列飛思卡爾的KinetisK系列產(chǎn)品組合有超過200種基于ARMCortex-M4結(jié)構(gòu)的低功耗，高性能、可兼容的微控制器。目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是便攜式醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表、工業(yè)控制及測(cè)量設(shè)備等。KinetisL系列飛思卡爾的KinetisL系列MCU不僅汲取了新型ARMCortex-M0+處理器的卓越能效和易用性、功耗更低、價(jià)格更低、效率更高，而且體現(xiàn)了Kinetis產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)的性能、多元化的外設(shè)、廣泛的支持和可擴(kuò)展性。目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是8/16位為微控制器應(yīng)用領(lǐng)域的升級(jí)換代，適用于價(jià)格敏感、能效比相對(duì)較高領(lǐng)域，如手持設(shè)備、智能終端等。KinetisM系列飛思卡爾的KinetisM系列也是基于32位ARMCortex-M0+內(nèi)核的MCU。

目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是經(jīng)濟(jì)高效的單相或兩相電表設(shè)計(jì)中。KinetisW系列飛思卡爾的KinetisW系列MCU擴(kuò)展了KinetisK系列基于ARMCortex-M4的成功之處。目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是智能電表、傳感器控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等。343.2KL系列MCU概述與體系結(jié)構(gòu)

3.2.1KL系列MCU概述KinetisL系列MCU的簡(jiǎn)明特點(diǎn)：（1）內(nèi)核單周期訪問內(nèi)存速度可達(dá)1.77CoreMark/MHz。（2）執(zhí)行跟蹤緩沖區(qū)：實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)追蹤解決方案，更快定位修正“bug”。（3）BME（BitManipulationEngine）：位帶操作引擎技術(shù)支持對(duì)外圍寄存器的操作，與傳統(tǒng)的讀、修改、寫技術(shù)相比，減輕代碼量和周期數(shù)。（4）對(duì)外設(shè)和內(nèi)存，最多提供4通道DMA請(qǐng)求服務(wù)，同時(shí)最大化減輕CPU介入。（5）CPU工作頻率最大可支持48MHz。51.KinetisL系列MCU的型號(hào)標(biāo)識(shí)

飛思卡爾Kinetis系列MCU的型號(hào)眾多，但同一子系列的CPU核是相同的，多種型號(hào)只是為了適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。KinetisL系列命名格式為：

QKL##AFFFRTPPCC(N)

QKL##AFFFRTPPCC(N)MKL25Z128VLK462.KinetisL系列MCU的共性KinetisL系列MCU由五個(gè)子系列組成，分別是：KL0x、KL1x、KL2x、KL3x、KL4x。從應(yīng)用的角度而言，KL0x屬于入門級(jí)芯片，KL1x屬于通用型芯片，而KL2x、KL3x、KL4x則更具針對(duì)性，KL2x系列具有USBOTG技術(shù)，KL3x系列支持段式LCD，KL4x系列為KL的旗艦系列，支持功能也最豐富。KinetisL系列MCU在內(nèi)核、低功耗、存儲(chǔ)器、模擬信號(hào)、人機(jī)接口、安全性、定時(shí)器及系統(tǒng)特性等方面具有一些共同特點(diǎn)。73.KL25子系列MCU簡(jiǎn)介本書以KL25子系列為藍(lán)本闡述嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)，至本書出版時(shí)，該系列共有12個(gè)具體芯片型號(hào)。共同特點(diǎn)有：CPU工作頻率為48MHz；工作電壓為1.71V~3.6V；運(yùn)行溫度范圍為-40℃~105℃；具有64B的Cache；具有USBOTG、定時(shí)器、DMA、UART、SPI、IIC、TSI、16位ADC、12位DAC等模塊。8

3.2.2KL系列MCU體系結(jié)構(gòu)KL系列MCU是以AMBA總線規(guī)范為架構(gòu)SOC（Systemonchip）。一般來(lái)說(shuō)，AMBA架構(gòu)包含高性能系統(tǒng)總線（AHB，AdvancedHighPerformaceBus）和低速、低功耗的外設(shè)總線（APB，AdvancedPeriPheralBus）。

系統(tǒng)總線AHB是負(fù)責(zé)連接ARM內(nèi)核、DMA控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器或其他需要高帶寬的模塊。外設(shè)總線APB則是用來(lái)連接系統(tǒng)的外圍慢速模塊，其協(xié)議規(guī)則相對(duì)系統(tǒng)總線AHB來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，它與系統(tǒng)總線AHB之間則通過總線橋（Busbridge）相連，期望能減少系統(tǒng)總線的負(fù)載。9KL系列MCU體系結(jié)構(gòu)圖1．AMBA總線規(guī)范ARM公司定義了AMBA（AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture）總線規(guī)范，它是一組針對(duì)基于ARM內(nèi)核、片內(nèi)系統(tǒng)之間通信而設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在AMBA總線規(guī)范中，定義了AHB，APB，ASB這3種總線。2．總線橋（BusBridge）總線橋（BusBridge），在KL25參考手冊(cè)中也被稱為外設(shè)橋（Peripheralbridge），給外設(shè)橋的名字是AIPS-Lite。外設(shè)橋的作用是把交叉開關(guān)（Crossbarswitch）接口協(xié)議，轉(zhuǎn)換成私有外設(shè)總線協(xié)議（IPS/APB）。3．交叉開關(guān)（Crossbarswitch）交叉開關(guān)（Crossbarswitch）將總線主機(jī)與總線從機(jī)相連，該結(jié)構(gòu)允許多達(dá)4路主機(jī)同時(shí)訪問不同總線從機(jī)。10113.3KL25系列存儲(chǔ)映像KL25把M0+內(nèi)核之外的模塊，用類似存儲(chǔ)器地址的方式，統(tǒng)一分配地址。1.ROM區(qū)(FLASH區(qū))存儲(chǔ)映像片內(nèi)ROM區(qū)地址空間（0x0000_0000-0x1FFF_FFFF），用來(lái)存儲(chǔ)程序代碼、中斷向量表、只讀數(shù)據(jù)等，總計(jì)512MB。MKL25Z128VLK4為128KB,其地址為：0x0000_0000-0x0001_FFFF2.RAM區(qū)存儲(chǔ)映像片內(nèi)RAM區(qū)該區(qū)域被用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，包括堆棧，也能用來(lái)存儲(chǔ)程序代碼。123.4KL25的引腳功能本書以80引腳LQFP封裝的MKL25Z128VLK4芯片為例闡述ARMCortex-M0+架構(gòu)的KinetisMCU的編程和應(yīng)用。若沒有特殊說(shuō)明，本書的KL25均指MKL25Z128VLK4芯片。13從需求與供給的角度把MCU的引腳分為“硬件最小系統(tǒng)引腳”與“I/O端口資源類引腳”兩大類。1.硬件最小系統(tǒng)引腳KL25硬件最小系統(tǒng)引腳包括電源類引腳、復(fù)位腳晶振引腳等，如表所示

142.I/O端口資源類引腳

除去需要服務(wù)的引腳外，其他引腳可以為實(shí)際系統(tǒng)提供I/O服務(wù)。芯片提供服務(wù)的引腳也可稱為I/O端口資源類引腳。KL25（80引腳LQFP封裝）具有61個(gè)I/O引腳。153.5KL25硬件最小系統(tǒng)原理圖MCU的硬件最小系統(tǒng)是指可以使內(nèi)部程序運(yùn)行所必須的最低規(guī)模的外圍電路，也可以包括寫入器接口電路。一般情況下，MCU的硬件最小系統(tǒng)由電源、晶振及復(fù)位等電路組成。隨著Flash存儲(chǔ)器制造技術(shù)的發(fā)展，硬件最小系統(tǒng)應(yīng)該把寫入器的接口電路也包含在其中。KL25芯片的硬件最小系統(tǒng)包括電源電路、復(fù)位電路、晶振電路及與寫入器相連的SWD接口電路。161.電源及其濾波電路電路中需要大量的電源類引腳用來(lái)提供足夠的電流容量同時(shí)保持芯片電流平衡，所有的電源引腳必須外接適當(dāng)?shù)臑V波電容抑制高頻噪音。去耦是指對(duì)電源采取進(jìn)一步的濾波措施，去除兩級(jí)間信號(hào)通過電源互相干擾的影響。2.復(fù)位電路及復(fù)位功能復(fù)位，意味著MCU一切重新開始。復(fù)位引腳為T_RST。若T_RST信號(hào)有效（低電平）則會(huì)引起MCU復(fù)位。3.晶振電路晶振電路為芯片提供準(zhǔn)確的工作時(shí)鐘。作為振蕩源的晶體振蕩器分為無(wú)源晶振（Crystal）和有源晶振（Oscillator）兩種類型。4.SWD接口電路通過SWD接口可以實(shí)現(xiàn)程序下載和調(diào)試功能。SWD接口只需兩根線，數(shù)據(jù)輸入/輸出線SWD_DIO和時(shí)鐘線SWD_CLK。

173.6實(shí)踐硬件：SD-FSL-KL25-EVB3.6.1SD-FSL-KL25-EVB硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)介

18193.6.2硬件系統(tǒng)的測(cè)試SD-FSL-KL25-EVB開發(fā)板的測(cè)試可以通過觀察三色燈變化、串口通信和USB口通信三個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試。在測(cè)試時(shí)不需要對(duì)開發(fā)板下載程序，只需在PC機(jī)端安裝USB轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)程序和USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。具體操作如下：1.驅(qū)動(dòng)程序的安裝2.觀察三色燈變化3.測(cè)試串口通信4.USB口通信測(cè)試（詳細(xì)操作見書59頁(yè)）203.7本章小結(jié)本章內(nèi)容對(duì)于嵌入式初學(xué)者學(xué)習(xí)kinetisL系列控制器提供了基本硬件知識(shí)概貌。（1）介紹Kinetis全系列MCU，包括子系列特性以及應(yīng)用領(lǐng)域、分析Kinetis