BF51x树立数字信号处理器性价比新标杆

2009年12月18日 09:12    嵌入式公社
关键词: 标杆 , 处理器 , 数字信号 , 性价比
ADI公司供稿

传统基于微控制器的嵌入式应用常常面临新的挑战,一方面控制器的信息处理能力有限,难以满足大量数据运算任务的需求,增加DSP协处理器成为很多方案的不得已选择。而另一方面,尽管当前DSP处理器通常都具有很强的数据处理能力,然而系统必要的控制功能是DSP所不擅长的。越来越多的系统面临需要应对多媒体数据处理、大量数据运算、通信协议处理以及系统控制任务,正是这样的现实促进了融合DSP和微控制器特性于一身的汇聚式处理器的应用持续走俏。

ADI公司推出的Blackfin汇聚式处理器是一类新型16~32位嵌入式处理器,专为满足当今嵌入式音频、视频和通信应用的计算要求和功耗约束条件而设计。Blackfin处理器基于由 ADI和Intel公司联合开发的微信号架构,它将一个32位RISC型指令集和双16位乘法累加信号处理功能与通用型微控制器所具有的易用性组合在一起。这种处理特征的组合使得Blackfin处理器能够在信号处理和控制处理应用中均发挥优势——在许多场合中免除了增设单独的异类处理器的必要,极大地简化了硬件和软件设计任务。目前,Blackfin处理器在单内核产品中可提供高达756MHz的性能,还提供了低至0.8V的业界领先功耗性能。对于满足当今及未来的信号处理应用而言,这种高性能与低功耗的组合是必不可少的。此外,就像传统的MCU一样,这些汇聚处理器都采用界面友好的操作系统和编译器。

最新推出的BF51x系列为汇聚式处理器家族带来四个具有显著特色的新成员,其更低的价格为更多终端产品利用到汇聚式处理器的优越性大大降低了成本门槛,在继承汇聚式处理器的高性能、低功耗的优秀“基因”的同时,新增加的诸多特性为VoIP、工业与仪表应用、便携式产品带来更大设计便利性。

更低的价格+融合多项新特性

尽管高性价比一直是汇聚式处理器的卖点之一,但在一些成本敏感的产品应用中,设计师在选择汇聚式处理器时仍不可避免有成本的压力,而BF51x的推出大大降低了汇聚式处理器的应用入门门槛,与之前的最低价格的Blackfin处理器相比价格下降近30%,最低为4.95美元(2万5千片订量报价),作为一款高性能汇聚式处理器,这个价格对于很多终端产品开发企业来说已经具有极大的吸引力。

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*具体的价格取决于处理器速度、可选堆叠闪存以及封装,所有价格均是25000订量的报价。
表一:BF51x系列处理器的价格及主要的外设。

Blackfin处理器一直坚持产品的高性价比,而BF51x再一次建立了新的高性价比标杆。BF51x的低价格并没有以牺牲性能为代价,相反增加了很多的新特性,包括:在400MHz Blackfin内核集成116KB的SRAM存储器、512KB的SPI FLASH存储器,以太网MAC(IEEE-1588),带3相PWM输出的PWM单元,SDIO / CE-ATA和8KB的OTP存储器。其中,BF518是首款支持IEEE-1588-2008标准的低成本处理器(IEEE-1588-2008是IEEE-1588的最新标准,提供网络测量与控制系统用精密时钟同步的协议)。

除了上面的新增特性外,BF51x集成特性还包括:支持16个立体声I2S数字音频通道、12个外设DMA通道,还提供了内置的高级存储控制器,用于实现与多组外部SDRAM、SRAM、FLASH或ROM的无缝连接,每个处理器包括两个双通道同步串行通信端口(SPORT)、一个高速并行外设接口(PPI)、 一个I2C兼容双线接口(TWI)、两个PC兼容的UART,以及两个SPI兼容的串行外设接口端口。

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图1:BF51x应用于电机驱动的原理框图。

BF51x同样集成了在Blackfin家族中广泛采用的Lockbox安全技术。基于OTP存储器的Lockbox技术能帮助解决方案提供商和制造商保护他们自己的知识产权,如驱动程序、操作系统和用户接口等,并为个人数据保护和设备认证提供了支持。通过在开始时就进行安全性设计,可以得到更强大的保护,同时使用硬件和软件来保证包括密钥、代码和数据等安全资源的保密性和完整性。通过Blackfin的Lockbox安全技术,解决方案开发商可选择采用标准算法来认证数字签名和使用一个安全的运行代码和保护资源的处理环境,对安全区域的进入由硬件监控。而且,借助Lockbox安全技术,开发商可以在每个Blackfin处理器上使用独有的芯片ID来独一无二地鉴别每一个设备。

树立新的低功耗标杆

汇聚式架构是Blackfin处理器的低功耗“基因”,与分立处理器与器件的组合方案相比,集成适当外设的单一汇聚处理器能够实现更低的功耗。此外,ADI公司在八年前发布首款Blackfin处理器时就实现了动态电源管理(DPM)应用,自问世以来,Blackfin器件始终具备最大的电源效率。BF51x待机模式功耗低于1mW,这四款全新的Blackfin处理器可提供8.5MMACs/mW(100 MHz)的单位功耗性能,器件具有动态电源管理功能,使开发人员能实现程序执行期间处理器功耗与处理需求的匹配。而更具优化特性的外设集成为特定应用选用汇聚式处理器提供了更具针对性的选择,而不用为非必要功能特性而增加系统功耗。

Blackfin处理器的强大处理能力是低功耗的重要保障。对于很多应用来说,BF51x处理器400MHz的性能完全能满足基本功能的开发,并有足够的裕量进行功能扩展,而无需采用额外的协处理器或增加其它硬件,从而确保实现整体方案的更低功耗。以VoIP为例,在实现基本的VoIP电话功能之外,开发商可以增加更多的通道、实现IP传真功能,等等。

为了达到最大的电源效率,同时以低功耗实现最高性能,Blackfin处理器采用了各种高级设计技术,包括:可编程电压与频率调节、时钟周期分辨率动态时钟门控、支持深度睡眠与休眠模式的多电源域、可实现总线激活能量最小化的高代码密度、用于实现最佳性能与电源效率的混合阈值电压晶体管、实现最大电源效率的完全定制的处理器内核,以及支持mSDRAM以实现最小板级功耗。这些高级设计技术为BF51x处理器提供了低功耗技术基础。

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图2:两种内核的工作电压、工作频率及功耗比较。

多种应用的理想之选

BF51x是Blackfin处理器系列产品中新的低成本切入点。该系列的产品实现了性能、外设集成度与价格的均衡,非常适合对成本敏感的应用,包括便携式测试设备、VoIP、工业及仪表设备。

功能丰富的BF51x为VoIP提供了优化的低成本产品平台,加快客户开发VoIP产品,并能满足不同的市场需求:10/100 eMAC特性有助于产品实现低的BOM成本;高达400MHz的强大处理器性能可以满足产品功能扩展需求,在不改变硬件条件增加多个通道和扩展特性(如IP传真);可以直接利用Global IP Solutions公司面向Blackfin处理器提供的VoIP软件包VoiceEngine来加速产品设计, GIPS VoiceEngine媒体处理功能可满足VoIP设备制造商最严格的需求;单一架构的BF51x处理器能够在统一的软件开发环境中更快速的进行系统调试与部属,节省系统整体成本;可提供在uClinux操作系统上运行的VoIP参考平台。

BF514、BF516与 BF518均内置片上可移动存储接口,将汇聚处理器系列产品进一步扩展至便携式应用领域。这三款器件都具有:安全数字输入输出(SDIO)接口,用于与标准闪存以及Wi-Fi卡进行连接;功率优化的CE-ATA存储接口,用于小型手持式与消费类电子应用;嵌入式多媒体卡(eMMC)接口,用于在各种消费类电子、无线、导航设备集成大容量闪存。

对于工业控制和测试测量应用来说,以太网 (IEEE1588和802.3) /无线连接实现易用性、针对高品质测量的简单连接、系统的可编程灵活性、从8/16向32位解决方案转移已经成为一种必然的趋势。BF51x集成的多种特性正是响应这种发展趋势,为工程师的设计带来更多便利性和可用资源:BF516 中增加的具有媒体独立接口(MII)与简化媒体独立接口(RMII)的以太网10/100 MAC;IEEE1588 eMAC用于以太网精密时钟同步和网络连接;用于交流感应电机或永磁同步电动机控制的三相PWM波形发生器,以及用于旋转编码器的正交接口。

此外,在电力设备、嵌入式调制解调器、生物测量和电机控制等应用中,BF51x同样具有优势。以电力二次设备设计为例,尤其是中低压设备中,由于BF51x有着丰富的接口和优秀的处理控制能力,可以实现单片解决方案,从而节省设备成本,缩短开发周期。

在选择核心硬件平台的处理器时,可用的设计资源(包括开发工具和软件库资源)同样是重要考虑因素,因为这将决定产品的开发难度和上市速度。BF51x可以使用Blackfin处理器系列产品提供的业界领先的工具、入门套件的支持,包括ADI CROSSCORE软件与硬件工具与VisualDSP++集成开发与调试环境(IDDE)、仿真器,以及EZ-KIT Lite评估硬件。此外,大量像VoiceEngine这样的由ADI公司第三方合作伙伴提供的软件模块,以及ADI公司自身开发的软件库资源,都可以有效地帮助客户利用BF51x处理器低成本、高效率地推出产品设计。
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