KL25ch03(KL25簡介與硬件最小系統(tǒng))20140305

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

飛思卡爾在2010年飛思卡爾技術(shù)論壇（FTF2010）美國站推出了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)域的升級換代，適用于價格敏感、能效比相對較高領(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的簡明特點：（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)：實現(xiàn)輕量級追蹤解決方案，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）對外設(shè)和內(nèi)存，最多提供4通道DMA請求服務(wù)，同時最大化減輕CPU介入。（5）CPU工作頻率最大可支持48MHz。51.KinetisL系列MCU的型號標(biāo)識

飛思卡爾Kinetis系列MCU的型號眾多，但同一子系列的CPU核是相同的，多種型號只是為了適用于不同的應(yīng)用場合。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屬于入門級芯片，KL1x屬于通用型芯片，而KL2x、KL3x、KL4x則更具針對性，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、存儲器、模擬信號、人機(jī)接口、安全性、定時器及系統(tǒng)特性等方面具有一些共同特點。73.KL25子系列MCU簡介本書以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，該系列共有12個具體芯片型號。共同特點有：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）。一般來說，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)存儲器或其他需要高帶寬的模塊。外設(shè)總線APB則是用來連接系統(tǒng)的外圍慢速模塊，其協(xié)議規(guī)則相對系統(tǒng)總線AHB來說較為簡單，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，它是一組針對基于ARM內(nèi)核、片內(nèi)系統(tǒng)之間通信而設(shè)計的標(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)同時訪問不同總線從機(jī)。10113.3KL25系列存儲映像KL25把M0+內(nèi)核之外的模塊，用類似存儲器地址的方式，統(tǒng)一分配地址。1.ROM區(qū)(FLASH區(qū))存儲映像片內(nèi)ROM區(qū)地址空間（0x0000_0000-0x1FFF_FFFF），用來存儲程序代碼、中斷向量表、只讀數(shù)據(jù)等，總計512MB。MKL25Z128VLK4為128KB,其地址為：0x0000_0000-0x0001_FFFF2.RAM區(qū)存儲映像片內(nèi)RAM區(qū)該區(qū)域被用來存儲數(shù)據(jù)，包括堆棧，也能用來存儲程序代碼。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提供足夠的電流容量同時保持芯片電流平衡，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。去耦是指對電源采取進(jìn)一步的濾波措施，去除兩級間信號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信號有效（低電平）則會引起MCU復(fù)位。3.晶振電路晶振電路為芯片提供準(zhǔn)確的工作時鐘。作為振蕩源的晶體振蕩器分為無源晶振（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和時鐘線SWD_CLK。

173.6實踐硬件：SD-FSL-KL25-EVB3.6.1SD-FSL-KL25-EVB硬件系統(tǒng)簡介

18193.6.2硬件系統(tǒng)的測試SD-FSL-KL25-EVB開發(fā)板的測試可以通過觀察三色燈變化、串口通信和USB口通信三個實驗來測試。在測試時不需要對開發(fā)板下載程序，只需在PC機(jī)端安裝USB轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動程序和USB設(shè)備驅(qū)動程序。具體操作如下：1.驅(qū)動程序的安裝2.觀察三色燈變化3.測試串口通信4.USB口通信測試（詳細(xì)操作見書59頁）203.7本章小結(jié)本章內(nèi)容對于嵌入式初學(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