कंपनी ब्लॉग के बारे में NXP MCF51JM64 32-बिट 50MHz फ्लेक्सिस V1 कोल्डफायर यूएसबी माइक्रोकंट्रोलर

शेन्ज़ेन मिंगजियाडा इलेक्ट्रॉनिक्स कं, लिमिटेड NXP की आपूर्ति करता है डिजाइन विचार और चयन जोखिम 32-बिट 50 मेगाहर्ट्ज फ्लेक्सिस V1 कोल्डफायर USB माइक्रोकंट्रोलर।

I. डिजाइन विचार और चयन जोखिम उत्पाद पोजिशनिंग: फ्लेक्सिस कंट्रोलर कॉन्टिनम के भीतर 32-बिट मिड-रेंज सेगमेंट
MCF51JM64 NXP के फ्लेक्सिस कंट्रोलर कॉन्टिनम की 32-बिट शाखा से संबंधित है। इस आर्किटेक्चर को यह सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था कि 8-बिट S08 और 32-बिट कोल्डफायर V1 उत्पाद लाइनें पेरिफेरल कॉन्फ़िगरेशन, पिन परिभाषाओं और विकास उपकरणों के मामले में यथासंभव निकटता से संरेखित हों, ताकि जब इंजीनियर MC9S08JM60 से MCF51JM श्रृंखला में अपग्रेड करें, तो हार्डवेयर संशोधन न्यूनतम हों और कोड माइग्रेशन पथ स्पष्ट हो।

MCF51JM परिवार के भीतर, फ्लैश क्षमता के आधार पर वर्गीकृत तीन वेरिएंट हैं: MCF51JM128 (128 KB), MCF51JM64 (64 KB) और MCF51JM32 (32 KB)। सभी तीन में 16 KB SRAM और अनिवार्य रूप से समान पेरिफेरल संसाधन हैं। MCF51JM64 एक मध्यवर्ती स्थान रखता है, जो 32KB संस्करण की तुलना में प्रोटोकॉल स्टैक और फर्मवेयर के लिए अधिक उदार स्थान प्रदान करता है, जबकि 128KB संस्करण की अपेक्षाकृत उच्च लागत से बचता है; इसलिए यह USB संचार को मध्यम-पैमाने के नियंत्रण तर्क के साथ संयोजित करने वाले अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है।

II. डिजाइन विचार और चयन जोखिम कोर आर्किटेक्चर: V1 कोल्डफायर कोर और मेमोरी कॉन्फ़िगरेशन
MCF51JM64 50.33 मेगाहर्ट्ज की अधिकतम कोर आवृत्ति और 25 मेगाहर्ट्ज की बस आवृत्ति के साथ 32-बिट V1 कोल्डफायर RISC कोर का उपयोग करता है। कोर 2.7 V से 5.5 V की वोल्टेज रेंज और -40 डिग्री सेल्सियस से +105 डिग्री सेल्सियस की परिवेश तापमान रेंज के भीतर संचालित होता है, जो पूर्ण औद्योगिक-ग्रेड विनिर्देशों को पूरा करता है और इसे चौड़े तापमान और वोल्टेज रेंज की आवश्यकता वाले फील्ड उपकरणों में सीधे उपयोग के लिए उपयुक्त बनाता है।

मेमोरी के संदर्भ में, यह 64 KB फ्लैश और 16 KB SRAM के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है। फ्लैश पूरे ऑपरेटिंग वोल्टेज और तापमान रेंज में रीड, प्रोग्राम और इरेज़ ऑपरेशन का समर्थन करता है, और कम तापमान या कम-वोल्टेज स्थितियों के तहत उपयोग के लिए डीरेटिंग की आवश्यकता नहीं होती है। SRAM को महत्वपूर्ण डेटा क्षेत्रों की सुरक्षा के लिए एक सुरक्षा सर्किट से सुसज्जित किया गया है, जो प्रोग्राम रनवे की स्थिति में आकस्मिक ओवरराइटिंग को रोकता है। USB डिवाइस प्रोटोकॉल स्टैक, CAN संदेश बफरिंग और मल्टी-चैनल सैंपलिंग के लिए डेटा कैशिंग के लिए, 16KB इस वर्ग के डिवाइस के लिए एक उदार क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है।

कर्नेल का डिबगिंग चैनल BDM (बैकग्राउंड डिबग मोड) सिंगल-वायर इंटरफ़ेस है; जब OSBDM या P&E डिबग प्रोब के साथ उपयोग किया जाता है, तो यह अतिरिक्त संचार पेरिफेरल्स के उपयोग की आवश्यकता के बिना इन-सर्किट एम्यूलेशन, ब्रेकप्वाइंट और मेमोरी रीड/राइट ऑपरेशन को सक्षम करता है।

क्लॉक सिस्टम को MCG मल्टी-पर्पस क्लॉक जनरेटर द्वारा संभाला जाता है, जिसमें FLL और PLL शामिल हैं। एक आंतरिक संदर्भ क्लॉक का उपयोग बाहरी क्रिस्टल ऑसिलेटर की आवश्यकता को समाप्त करता है, जिससे बूट समय कम हो जाता है; हालांकि, एक बार USB सक्षम हो जाने पर, 12 एमबीपीएस फुल-स्पीड संचार के लिए पर्याप्त टाइमिंग मार्जिन सुनिश्चित करने के लिए एक उच्च-सटीकता बाहरी क्लॉक स्रोत की आवश्यकता होती है।

III. डिजाइन विचार और चयन जोखिम USB सबसिस्टम: डुअल-रोल OTG इस चिप का मुख्य विक्रय बिंदु है
MCF51JM64 एक डुअल-रोल USB OTG कंट्रोलर को एकीकृत करता है जो USB 2.0 फुल-स्पीड विनिर्देशों का अनुपालन करता है और तीन कॉन्फ़िगरेशन के बीच स्विच कर सकता है: डिवाइस, होस्ट और OTG। इसका मतलब है कि एक एकल चिप एक होस्ट कंप्यूटर से जुड़े USB स्लेव डिवाइस के रूप में कार्य कर सकती है और, इसके विपरीत, USB फ्लैश ड्राइव को पढ़ने या HID पेरिफेरल्स को कनेक्ट करने के लिए होस्ट भूमिका मान सकती है, जिससे एक अलग USB होस्ट कंट्रोलर चिप की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।

चिप एक USB ट्रांसीवर और एक 3.3V वोल्टेज रेगुलेटर सर्किट को एकीकृत करती है (बस VUSB33 पिन से एक बाहरी कैपेसिटर कनेक्ट करें); बाहरी रूप से, केवल USB डिफरेंशियल लाइनें, VBUS डिटेक्शन और ESD सुरक्षा को संभालने की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत सुव्यवस्थित बिल ऑफ मैटेरियल्स होता है।

सॉफ्टवेयर इकोसिस्टम इस चिप का एक और मजबूत बिंदु है। NXP JM श्रृंखला के लिए एक पूर्ण USB प्रोटोकॉल स्टैक प्रदान करता है: डिवाइस स्टैक, होस्ट स्टैक, OTG स्टैक, साथ ही PHDC लाइब्रेरी और चिकित्सा कनेक्टिविटी के लिए MSD FATFS फ़ाइल सिस्टम लाइब्रेरी। आधिकारिक एप्लिकेशन नोट्स दो तैयार-टू-यूज़ समाधान भी प्रदान करते हैं: AN3690 में CAN-टू-USB ब्रिज डिज़ाइन और AN3748 में USB बूटलोडर; इन्हें अनिवार्य रूप से मैनुअल का पालन करके लागू किया जा सकता है।

IV. डिजाइन विचार और चयन जोखिम एनालॉग और टाइमिंग संसाधन: सैंपलिंग और क्लोज्ड-लूप नियंत्रण के लिए
एनालॉग फ्रंट-एंड में 12-बिट सक्सेसिव एप्रोक्सीमेशन ADC शामिल है, जो 12 इनपुट चैनलों तक का समर्थन करता है। यह सिंगल-कन्वर्जन और कंटीन्यूअस कन्वर्जन मोड दोनों का समर्थन करता है, और एक स्वचालित तुलना फ़ंक्शन का समर्थन करता है जो किसी नमूना मान के थ्रेशोल्ड से अधिक होने पर सीधे इंटरप्ट को ट्रिगर कर सकता है, जिससे CPU के पोलिंग लोड को कम किया जा सकता है। चैनलों की संख्या पैकेज के आधार पर भिन्न होती है; 80-पिन संस्करण सबसे व्यापक सेट प्रदान करता है, जबकि 64-पिन और 44-पिन संस्करणों में पिन मल्टीप्लेक्सिंग के आधार पर कम संख्या होती है। इसमें एक एनालॉग कंपेरेटर (ACMP) भी है, जिसका उपयोग जीरो-क्रॉसिंग डिटेक्शन, पावर सप्लाई मॉनिटरिंग या सरल थ्रेशोल्ड तुलना के लिए किया जा सकता है।

टाइमिंग संसाधनों में दो इकाइयां शामिल हैं: TPM1, एक 6-चैनल 16-बिट टाइमर, और TPM2, एक 2-चैनल टाइमर; एक साथ, ये कुल आठ चैनल प्रदान करते हैं जिन्हें इनपुट कैप्चर, आउटपुट तुलना या एज-एलाइनड PWM के रूप में स्वतंत्र रूप से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। चैनलों की यह संख्या छोटे मोटर ड्राइवरों, LED डिमिंग, बजर ड्राइवरों और मल्टी-चैनल पल्स माप जैसे अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त है। इसके अतिरिक्त, एक CMT कैरियर मॉड्यूलेशन टाइमर है, जिसे विशेष रूप से इन्फ्रारेड रिमोट कंट्रोल के लिए 38 kHz कैरियर और प्रोटोकॉल वेवफॉर्म उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है; RTC रियल-टाइम क्लॉक कम-पावर टाइमिंग और कैलेंडर-आधारित अनुप्रयोगों के लिए जिम्मेदार है।

V. डिजाइन विचार और चयन जोखिम संचार इंटरफेस: CAN, डुअल सीरियल पोर्ट, डुअल SPI, डुअल I²C
संचार पेरिफेरल्स एक और क्षेत्र हैं जहां यह परिवार उत्कृष्ट है। MSCAN कंट्रोलर CAN बस संचार का समर्थन करता है, और निर्माता AN4511 CAN बूटलोडर समाधान प्रदान करता है, जो ओवर-द-एयर फर्मवेयर अपडेट को सक्षम करता है। कृपया ध्यान दें कि 44-पिन पैकेज में CAN पिन शामिल नहीं हैं; डिवाइस का चयन करते समय पैकेज प्रकार को सत्यापित करना आवश्यक है।

अन्य इंटरफेस में दो SCI एसिंक्रोनस सीरियल पोर्ट, दो SPI पोर्ट, दो I²C पोर्ट और आठ कीबोर्ड इंटरप्ट (KBI) लाइनें शामिल हैं। GPIO पिन की संख्या पैकेज के अनुसार भिन्न होती है: 66 (80-पिन), 51 (64-पिन) और 33 (44-पिन)। एक 16-बिट फास्ट GPIO पोर्ट (RGPIO) भी है; 80-पिन पैकेज सभी 16 बिट्स प्रदान करता है, 64-पिन पैकेज 6 बिट्स प्रदान करता है, जबकि 44-पिन पैकेज में यह सुविधा शामिल नहीं है, जिससे यह कम-विलंबता स्थिति संक्रमण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

VI. डिजाइन विचार और चयन जोखिम सुरक्षा और सिस्टम विश्वसनीयता
सिस्टम सुरक्षा तंत्र में एक स्वतंत्र क्लॉक वॉचडॉग (COP), लो-वोल्टेज डिटेक्शन (LVD), और एक फ्लैश सुरक्षा सर्किट शामिल है, जो ऑन-चिप मेमोरी के लिए रीड सुरक्षा प्रदान करता है ताकि फर्मवेयर को बाहरी रूप से पढ़ा न जा सके।

एन्क्रिप्शन क्षमताओं के संबंध में एक मुख्य विवरण है: CAU (क्रिप्टोग्राफ़िक एक्सेलेरेशन यूनिट) और RNGA (रैंडम नंबर जनरेटर ऐरे) पूरे उत्पाद श्रृंखला में मानक सुविधाएँ नहीं हैं; केवल 'E' अक्षर वाले मॉडल नंबर (जैसे MCF51JM64EVLH) में ये हार्डवेयर घटक होते हैं। CAU AES, DES और SHA जैसे एल्गोरिदम के निष्पादन को तेज करता है, जबकि RNGA एक हार्डवेयर-आधारित रैंडम नंबर स्रोत प्रदान करता है, जिससे यह एन्क्रिप्टेड संचार, कुंजी भंडारण या सुरक्षित प्रमाणीकरण की आवश्यकता वाले डिजाइनों के लिए उपयुक्त है। मानक संस्करणों (जैसे MCF51JM64VLH) में एन्क्रिप्शन एक्सेलेरेशन शामिल नहीं है; एन्क्रिप्शन को सॉफ्टवेयर के माध्यम से लागू किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप प्रदर्शन और सुरक्षा से समझौता होता है।

VII. डिजाइन विचार और चयन जोखिम पैकेज और ऑर्डर करने योग्य संस्करण: 8 विशिष्ट भाग संख्याएँ
MCF51JM64 8 ऑर्डर करने योग्य संस्करणों में उपलब्ध है, जो पैकेज प्रकारों और एन्क्रिप्शन क्षमताओं के 4 संयोजनों को कवर करता है:
पहला, MCF51JM64VLK, क्रिप्टोग्राफ़िक एक्सेलेरेशन के बिना एक 80-पिन LQFP।

दूसरा, MCF51JM64EVLK, CAU और RNGA के साथ एक 80-पिन LQFP।

तीसरा, MCF51JM64VLH, क्रिप्टोग्राफ़िक एक्सेलेरेशन के बिना एक 64-पिन LQFP (10×10 मिमी)।

चौथा संस्करण: MCF51JM64EVLH, 64-पिन LQFP, CAU और RNGA के साथ।

पांचवां संस्करण: MCF51JM64VQH, 64-पिन QFP, 14×14 मिमी, एन्क्रिप्शन एक्सेलेरेशन के बिना।

छठा संस्करण: MCF51JM64EVQH, 64-पिन QFP, CAU और RNGA के साथ।

सातवां संस्करण MCF51JM64VLD है, एक 44-पिन LQFP, 10×10 मिमी, एन्क्रिप्शन एक्सेलेरेशन या CAN के बिना।

आठवां संस्करण MCF51JM64EVLD है, एक 44-पिन LQFP, जिसमें CAU और RNGA है, लेकिन CAN के बिना।

सभी संस्करण -40 डिग्री सेल्सियस से +105 डिग्री सेल्सियस की औद्योगिक तापमान सीमा के भीतर संचालित होते हैं। भाग संख्या कन्वेंशन को इस प्रकार तोड़ा जा सकता है: 'MCF51' कोल्डफायर V1 51 परिवार को दर्शाता है; 'JM' श्रृंखला कोड है; '64' 64 KB फ्लैश का प्रतिनिधित्व करता है; 'E' इंगित करता है कि एन्क्रिप्शन एक्सेलेरेशन यूनिट सक्षम है; 'V' औद्योगिक तापमान ग्रेड को दर्शाता है; 'L' और 'Q' LQFP और QFP पैकेज के बीच अंतर करते हैं; और अंतिम अक्षर 'K', 'H' और 'D' क्रमशः 80, 64 और 44 पिन के अनुरूप हैं। घटकों की खरीद या प्रतिस्थापन करते समय, जब तक आप इन प्रत्ययों को पहचानते हैं, तब तक आप एन्क्रिप्शन के साथ और उसके बिना भाग संख्याओं को भ्रमित नहीं करेंगे।

VIII. MCF51JM64 के लिए विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य डिजाइन विचार और चयन जोखिम
श्रेणी 2: चिकित्सा उपकरणों के लिए डेटा अधिग्रहण और USB कनेक्टिविटी। पोर्टेबल चिकित्सा उपकरणों और स्वास्थ्य निगरानी टर्मिनलों के लिए उपयुक्त; आधिकारिक PHDC क्लास लाइब्रेरी और चिकित्सा कनेक्टिविटी लाइब्रेरी को सीधे पुन: उपयोग किया जा सकता है, जिससे प्रमाणन और विकास चक्र छोटा हो जाता है।

श्रेणी 3: औद्योगिक डेटा अधिग्रहण मॉड्यूल। मल्टी-चैनल एनालॉग अधिग्रहण, सेंसर कंसंट्रेटर और रिमोट I/O के लिए उपयुक्त; 12-बिट ADC, डुअल सीरियल पोर्ट और डुअल I²C इंटरफेस के साथ मिलकर, विभिन्न संवेदन और भंडारण उपकरणों के एक साथ कनेक्शन की अनुमति देता है।

चौथी श्रेणी USB HID और मानव-मशीन इंटरफ़ेस पेरिफेरल्स को कवर करती है। औद्योगिक कीबोर्ड, बारकोड स्कैनर, USB-टू-सीरियल एडॉप्टर और डोंगल जैसे सुरक्षा उपकरणों के लिए उपयुक्त; विशेष रूप से, 'E' प्रत्यय वाले संस्करण एन्क्रिप्शन और प्रमाणीकरण कार्यों का समर्थन कर सकते हैं।

पांचवीं श्रेणी भवन नियंत्रण और छोटे पैमाने पर गति नियंत्रण को कवर करती है। पंखे और पंपों की गति नियंत्रण, वाल्व एक्चुएटर्स और प्रकाश डिमिंग के लिए उपयुक्त; आठ PWM चैनल और ACMP एक कम लागत वाली क्लोज्ड-लूप प्रणाली बनाने के लिए पर्याप्त हैं।

श्रेणी 6: लेगेसी प्लेटफॉर्म का रखरखाव और शैक्षिक प्रयोग। पुराने उत्पादन लाइनों के रखरखाव में स्पेयर पार्ट्स, विश्वविद्यालय एम्बेडेड सिस्टम पाठ्यक्रम, और कोल्डफायर आर्किटेक्चर शिक्षण बोर्डों के लिए उपयुक्त; फ्लेक्सिस आर्किटेक्चर और S08 के बीच पत्राचार 8-बिट से 32-बिट सिस्टम में माइग्रेशन की व्याख्या की सुविधा प्रदान करता है।

IX.

MCF51JM64 डिजाइन विचार और चयन जोखिम बिजली आपूर्ति अनुभाग में, VDD और VDDA के लिए डिकपलिंग को अलग से संभाला जाना चाहिए, जबकि एनालॉग और डिजिटल ग्राउंड को एक बिंदु पर अभिसरण करना चाहिए; VUSB33 पिन को निर्दिष्ट कैपेसिटेंस के एक स्थिर कैपेसिटर से जोड़ा जाना चाहिए, अन्यथा USB ट्रांसीवर अविश्वसनीय रूप से संचालित होगा। USB डिफरेंशियल लाइनों के लिए इम्पीडेंस कंट्रोल और ESD सुरक्षा लागू की जानी चाहिए, और VBUS डिटेक्शन वोल्टेज डिवाइडर के लिए पर्याप्त मार्जिन की अनुमति दी जानी चाहिए। क्लॉक डिजाइन के संबंध में, USB के माध्यम से संचालन करते समय एक बाहरी क्रिस्टल ऑसिलेटर का उपयोग किया जाना चाहिए; आंतरिक RC ऑसिलेटर पर निर्भरता की अनुमति नहीं है।
फ्लैश प्रोग्रामिंग को सेक्टर-दर-सेक्टर आधार पर किया जाना चाहिए, क्योंकि इरेज़/राइट चक्रों की संख्या सीमित है। लगातार पैरामीटर लिखने वाले अनुप्रयोगों के लिए, एक बाहरी EEPROM का उपयोग करने या कैश के रूप में आरक्षित RAM क्षेत्र का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। डिबगिंग चरण के दौरान, BDM पिन को उजागर करने के लिए पहले BDM प्रोब का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है; एक बार बड़े पैमाने पर उत्पादन में, इन-फील्ड अपग्रेड CAN या USB बूटलोडर के माध्यम से किए जा सकते हैं।

सबसे बड़ा जोखिम उत्पाद जीवनचक्र से उत्पन्न होता है। यह श्रृंखला एंड-ऑफ-लाइफ स्थिति में पहुंच गई है, और बाजार में नए और नवीनीकृत स्टॉक का अनुपात बढ़ रहा है। नए डिजाइनों को कोल्डफायर+ MCF51Jx श्रृंखला या अभी भी उत्पादन में मौजूद प्लेटफार्मों, जैसे कि काइनेटिस और एलपीसी में माइग्रेशन का आकलन करना चाहिए; मौजूदा उत्पादन लाइनों को स्थिर आपूर्ति चैनलों को सुरक्षित करना चाहिए और स्पेयर पार्ट्स की सूची स्थापित करनी चाहिए।