轻松配置基于ARM的32位单片机

轻松配置基于ARM的32位单片机
轻松配置基于 ARM 的 32 位单片机
如今开发人员对于嵌入式设计评估和选择 32 位单片机(MCU)时面临诸多挑战。MCU
的评估过程极为繁琐,开发人员要学习如何配置和使用每个待选 MCU 的通用输入/输出
(GPIO)引脚和外设功能。随着 32 位 MCU 变得更加复杂和精密,每个 GPIO 引脚和外
设的配置难度也显著增加。然而一个高度可配置的 GPIO 和外设功能集应当带给开发人员
额外的设计灵活性,而不是增加设计难度。通过采用易于使用的配置界面,可图形化配置
装置引脚和外设功能的软件工具,嵌入式开发人员可以快速决定应用项目需要的引脚配置
并生成初始化代码,这将加速开发过程、缩短产品上市时间。下面就让我们来讨论一下,
如何通过基于图形用户界面(GUI)的 MCU 智能配置工具简化设计过程。
一旦完成应用项目中的设计规格定义,开发人员就可以开始评估可用于设计的待选
MCU。鉴于 ARM 已成为 32 位 MCU 的默认标准,现在许多新型 MCU 产品都集成 ARM
Cortex CPU。MCU 除了需要满足开发人员在代码空间、内存、外设和模拟功能方面的规
格需求,还要提供所需功能的物理引脚分配。如果外设或功能位于哪个端口上没有任何限
制,那么开发人员仅需要审查是否符合规格需求即可。大多数情况下,MCU 外设功能可
复用于多个端口引脚,开发人员有责任确定 MCU 是否能提供满足设计需求的配置方法。
理想情况下,开发人员将选择一款具有高度可配置端口引脚的 MCU,以便能选择更小、
更便宜的装置满足其应用需求。增加的配置灵活性也使开发人员能够应对最终产品设计变
动。基于 ARM Cortex 内核的 MCU 市场新成员 – Silicon Labs Precision32™ MCU 系列产
品,采用易于配置的 dual-crossbar 架构,可以为开发人员提供引脚配置上的最大灵活性。
Dual-crossbar 架构允许开发人员指定数字和模拟混合功能到 GPIO 引脚。
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当开发人员开始为嵌入式应用评估待选 32 位产品时,他们必须学习如何配置和使用各种
MCU 产品及相关工具。在大多数情况下,此项任务相当耗时。为开发人员提供一个易于
使用的图形配置工具,使其能够确定装置可用引脚分配、快速生成初始化代码,将显著降
低整体开发时间。例如,为帮助嵌入式设计人员加快 Precision32 MCU 开发速度,Silicon
Labs 提供基于 GUI 的 AppBuilder 软件工具,使开发人员能够轻松配置端口引脚和外设,
同时也可以直观了解引脚功能位于 MCU 封装上的哪个位置,哪些外设将被配置使用。下
图显示由 AppBuilder 工具生成的引脚配置示例。
图 1 AppBuilder 工具生成外设引脚配置示例
使用 AppBuilder 工具,开发人员很容易即能改变引脚配置,并实时看到这些变化如何影
响其他引脚功能。如果开发人员的代码开发与电路板设计同时进行,基于 GUI 的引脚配
置能力则更加有用。例如,固件开发人员可提供一份需要评估的待选引脚需求清单给硬件
设计人员。在尽可能减少系统整体成本的前提下,硬件设计人员将选择占用 PCB 面积最
小、电路板层数最少的引脚输出配置。此外,AppBuilder 工具还能使开发人员轻松应对最
终设计变更。
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使用图形化工具的另一个显著优势是可以减少引脚配置代码开发,避免由于引脚配置所带
来的任何复杂性。当引脚输出或引脚配置改变时,工具可以自动生成相应代码。下面的示
例显示由 AppBuilder 软件工具生成的引脚配置代码。在图 2 中,引脚配置代码使用在硬
件访问层中定义的功能函数,这是 Precision32 软件开发工具包(SDK)的一部分,并为
寄存器提供接入层。
图 2 AppBuilder 工具生成的配置代码
除了生成代码,引脚配置工具还必须智能,可以提示用户检测到的任何错误或警告。例
如,如果一个引脚用于模数转换器(ADC)的模拟输入,当用户错误的配置他为数字模
式时,该工具将自动显示“模拟引脚配置为数字模式”提示,帮助用户修订错误。
例如,在 AppBuilder 工具中为所有检测到的错误提供错误列表。在错误列表中双击任一
错误,将定位到不正确的配置位置,并以红色突出显示。一旦检测到冲突解决,错误将自
动从错误列表中删除。这种特性不仅在引脚配置中提供,同时也用于外设配置。例如,如
果开发人员配置启用 I2C0 模块,但忘记启用 I2C0 模块的时钟门控,这时 AppBuilder 会产
生一个错误通知。
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图 3 AppBuilder 错误列表示例
如果用户双击错误,该工具将自动切换到需修改的参数窗口,同时以红色突出显示。如图
3 所示,双击错误,时钟控制配置窗口将打开,I2C0 时钟开启选项以红色突出显示。在时
钟控制配置窗口中点击 I2C0,错误从错误列表窗口中删除。
图 4 I2C 错误的时钟控制配置窗口
没有图形化的配置工具,开发人员可能需要花费相当长的时间去调试配置,尤其是如果错
误由单个位(bit)设置引起。通过使用图形化配置工具,错误自动突出显示,开发人员可以
把精力和时间用于进一步开发,而不是反复调试。
配置 MCU 外设是开发人员面对的另一个障碍。如果没有软件配置工具的协助,这一步将
会是繁琐的过程。开发人员需要阅读冗长的数据手册和参考指南,确定外设的哪些位必须
配置,以获得预期的设定。这对开发人员来说既单调又枯燥,特别是当不同评估来自多个
供应商的 MCU 时。然而,在诸如 AppBuilder 的软件工具帮助下,开发人员能轻松识别所
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有配置参数,并根据需要进行更改配置。例如 AppBuilder 工具可以通过复选框、下拉字
段和文本框进行快速配置。
图 5 使用 AppBuilder 工具简化配置过程示例
与端口配置类似,任何外设设置将自动生成相应的配置代码,外设配置错误将在错误列表
窗口中突出显示。AppBuilder 软件工具为开发人员提供图形化高级高速总线(AHB)和
高级外设总线(APB)时钟源配置。图 4 显示 AppBuilder 工具中的时钟控制配置窗口。
因此,不需要任何配置代码开发。开发人员可以通过工具进行所有初始化配置,这将进一
步减少整体开发时间。
就开发过程而言,端口引脚、外设和时钟源可以在软件工具中配置,然后开发人员转向应
用固件实现过程。一般在基本功能中,软件配置工具输出生成文件,继而导入或添加到现
有项目。而在 AppBuilder 工具中,系统配置可以进一步导出到新项目中,并且在此之后
自动打开项目。一旦新项目在集成开发环境(IDE)中打开,开发人员可以开始添加固件
和测试应用程序。AppBuilder 工具允许开发人员从零开始,自动生成包含 MCU 配置代码
的新项目,新项目自动在 IDE 中打开并为后续开发做好准备。
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最终策略
当评估新的嵌入式设计 MCU 平台时,开发人员应该选择具有 GUI 软件工具的解决方案,
该软件工具能简化并且自动进行原型和配置过程。新一代基于 GUI 软件工具,例如
Silicon Labs AppBuilder,可以帮助开发人员快速、轻松的配置 32 位 MCU 端口引脚和外
设,从而缩短上市时间。一旦开发人员确定满足应用需求的 MCU,即可以使用基于 GUI
工具确定有效的引脚配置选项。如果开发人员有多个 MCU 选择,引脚配置需求可提供给
硬件设计人员,以选择具有最小 PCB 面积的 MCU。为了进一步降低设计复杂性,外设、
时钟和端口引脚应能够使用图形化界面进行设置。
Silicon Labs AppBuilder 快速原型设计工具,能够帮助开发人员快速、图形化配置 32 位
MCU , 并 且 无 需 阅 读 数 据 手 册 或 者 学 习 寄 存 器 配 置 。 为 了 进 一 步 简 化 设 计 过 程 ,
AppBuilder 工具还能生成源代码和工程项目,该工程项目能启发开发人员进行固件开发。
最终,像 AppBuilder 这样基于 GUI 的配置工具,为希望减少整体设计成本和复杂度、缩
短上市时间的开发人员提供了优秀的辅助设计资源。
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