Учимся применять микропроцессоры Sitara: новые модули компании Терраэлектроника
Семейство микропроцессоров SitaraTM компании Texas Instruments включает две линейки микропроцессоров, младшую - на основе ядра ARM9 и старшую - на основе ядра Cortex-A8. Младшая линейка процессоров с максимальной частотой 456 МГц позиционируется как ориентированная на малое энергопотребление с возможностью гибкого выбора необходимого набора интерфейсов. Старшая линейка процессоров с максимальной частотой до 1,5 ГГц позиционируется как высокопроизводительная, ориентированная на системную интеграцию.
В линейке на основе ядра ARM9 увеличение функциональных возможностей осуществляется добавлением к исходной конфигурации (AM1705) контроллеров LCD, SATA, цифровой видеокамеры, а также коммуникационных интерфейсов. Особенностью этих микропроцессоров является встроенный блок программируемых интерфейсов PRU (Programmable Real-time Unit), конфигурируя который, разработчик может добавить к имеющимся интерфейсам стандартные порты (UART, CAN) или порты с индивидуальным протоколом. Максимальная тактовая частота в младшей линейке у большинства микропроцессоров одинаковая. Младшие модели AM17xx способны работать только с памятью SDRAM, а старшие - еще и с памятью DDR/DDR2. Базовая модель линейки, микропроцессор AM1705, имеет корпус LQFP, остальные заключены в корпуса BGA. Структура микропроцессоров AM1705/1707 приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Структура микропроцессоров AM1705/1707
Семейство микропроцессоров SitaraTM производится компанией Texas Instruments в соответствии с концепцией масштабируемых архитектур, когда в одном или нескольких семействах присутствуют как одноядерные процессоры с минимумом интерфейсов, так и процессоры с несколькими ядрами, развитым набором интерфейсов, дополнительными контроллерами. Масштабируемые архитектуры подразумевают программную, аппаратную и топологическую (по выводам корпусов) совместимость между группами микропроцессоров/микроконтроллеров. В рамках этой концепции микропроцессор SitaraTM AM1707 совместим с OMAP-L137, а микропроцессор SitaraTM AM1808 - c OMAP-L138.
В линейке на основе ядра Cortex-A8 в настоящее время имеются четыре группы микропроцессоров, отличающихся максимальной тактовой частотой (720 МГц, 600 МГц, 1000 МГц, 1,5 ГГц). В каждой группе по два микропроцессора, один с графическим ускорителем, другой без него.
Разработка систем на основе быстродействующих 32-разрядных микропроцессоров трудоемка, требует высокой квалификации и значительного опыта. В системе необходимо обеспечить работу внешней памяти с высокой скоростью обмена, поскольку такие микропроцессоры внутренней Flash-памяти не имеют. Также быстрые микропроцессоры требовательны к организации питания, имеют многовыводные корпуса BGA, непростые с точки зрения трассировки и монтажа. Поэтому конечные изделия часто изготавливаются с использованием модулей SOM (System On Module), которые содержат собственно микропроцессор с системой питания, внешнюю память и отладочный разъем. Программное обеспечение при этом строится на основе операционных систем: Linux, Windows CE и др.
Модули Терраэлектроники
на основе микропроцессоров Sitara
Компания Терраэлектроника на основе микропроцессоров семейства Sitara с ядром ARM9 разработала встраиваемые модули TE-AM1705v2 и TE-AM1707LCD70. Первый из них является производительным процессорным модулем, ориентированным на применение в составе приборов и промышленных систем, второй - модулем на основе микропроцессора с контроллером LCD и дисплея 7", который позволяет в развитой системе с быстрым процессором и разнообразными интерфейсами реализовать функцию HMI (Human Machine Interface).
Модуль TE-AM1705v2 выполнен на микропроцессоре AM1705PTP3, который имеет корпус LQFP176, привычный для отечественных разработчиков и простой для монтажа. Процессорное ядро ARM926EJ-S работает на частотах до 456 МГц. На кристалл интегрированы интерфейсы Ethernet MAC 10/100 и USB 2.0 OTG. Для формирования широтно-модулированных сигналов имеются три блока PWM с улучшенными характеристиками. В набор интерфейсов входят два многоканальных последовательных аудиопорта.
На плате модуля TE-AM1705v2 (рис. 2), кроме микропроцессора, установлена внешняя память: NAND 128 MB, SDRAM 32 MB, SPI Data Flash 2 MB. Набор интерфейсов включает порты Ethernet, USB Host, RS-232, слот microSD и мост USB-UART.
Рис. 2. Модуль TE-AM1705v2
Для программирования и отладки имеется разъем JTAG. На два штыревых разъема выведены линии GPIO микропроцессора и параллельная 8-разрядная шина.
Этот функциональный набор аппаратных средств модуля TE-AM1705v2 открывает большие возможности для построения систем управления, обработки и формирования сигналов. Модуль может быть также использован разработчиками как аппаратная платформа для получения практических навыков работы с ОС Linux. Для этого в комплект поставки включен многостраничный документ «Рекомендации по установке ОС Linux на модуль TEAM1705v2»
Процессорная плата модуля TE-AM1707LCD70 (рис. 3) выполнена на микропроцессоре AM1707BZKBD4, который имеет интегрированный контроллер LCD и заключен в корпус BGA256.
Рис. 3. Процессорная плата модуля TE-AM1707LCD70
Ядро ARM926EJ-S в этом микропроцессоре работает на частотах до 456 МГц, на кристалл интегрированы порт Ethernet MAC 10/100 и два порта USB (Host, OTG). Имеются блок PRU и три блока PWM, три многоканальных последовательных аудиопорта.
На процессорной плате установлены два разъема, к которым могут быть подключены дисплеи OSD070T0480 или MTF-TW70SN941. Оба дисплея имеют диагональ 7", разрешение 800х480 точек, сенсорный экран.
Конфигурация внешней памяти на плате модуля TE-AM1707LCD70 содержит NAND Flash 128 MB, SDRAM 64 MB, SPI Data Flash 2 MB.
Набор интерфейсов модуля включает порты Ethernet, 2хUSB Host, RS-232, microSD и мост USB-UART.
Для программирования и отладки имеется разъем JTAG 2х7 выводов. На два штыревых разъема выведены линии GPIO микроконтроллера и параллельная 16-разрядная шина.
На модуль установлен BSP (Board Support Package) Linux и графическая библиотека Qt (рис. 4).
Рис. 4. Демонстрационное изображение библиотеки Qt
Принцип масштабируемых архитектур позволяет установить на плату этого модуля микропроцессор OMAP-L137, имеющий на кристалле дополнительное DSP-ядро C674x. Это значительно увеличивает возможности по обработке сигналов всей системы без дополнительных изменений аппаратуры.
Модули TE-AM1705v2 и TE-AM1707LCD70 имеют проверенную схемотехнику, оптимизированные топологии плат, функции отладки. Они могут быть использованы на этапе изучения семейства Sitara компании Texas Instruments, при разработке систем управления, а также в составе серийных изделий в качестве OEM-модулей.
Модуль TE-AM1705LCD70 при использовании графической библиотеки Qt позволяет быстро реализовать производительные системы управления с развитыми функциями HMI (Human Machine Interface).
BSP Linux
Программные пакеты BSP (Board Support Package) содержат все необходимое для установки и запуска OC Linux на модулях TE-AM1705v2 и TE-AM1707LCD70. В состав каждого BSP входят U-Boot (загрузчик операционной системы), ядро ОС Linux (Kernel 3.2.1) и набор драйверов устройств. Загрузчик и ядро ОС в BSP представлены также в виде исходных текстов и сконфигурированы для двух вариантов источников загрузки (энергонезависимой памяти): NAND или SPI data flash.
В загрузчике U-Boot реализована поддержка интерфейса Ethernet и сохранение переменных среды окружения в энергонезависимую память, что позволяет гибко подойти к выбору источника ядра (загрузка из сети по протоколу tftp, NAND, SPI, USB и т.д) и параметров загрузки ОС (передачи командной строки ядру) - это сокращает время, необходимое на разработку программного обеспечения.
Ядро ОС Linux, включенное в состав BSP, настроено на поддержку модулей TE-AM1705v2 и TE-AM1707LCD70. Набор драйверов поддерживает все функциональные устройства, реализованные в модулях: Ethernet, SPI Data flash, NAND, UART, RTC и т.д. Таким образом, после загрузки модуля появляется возможность использовать эти устройства, применяя интерфейс программирования приложений API (Аpplication Programming Interface) OC Linux, т.е. создавать прикладное программное обеспечение.
BSP Linux позволяет в минимально возможный срок освоить модули TE-AM1705v2 и TE-AM1707LCD70 и приступить к разработке прикладного и/или системного программного обеспечения.
Заключение
Концепция масштабируемых архитектур, обеспечивающая программную, аппаратную и топологическую (по выводам корпусов) совместимость между группами микропроцессоров различной производительности, открывает большие перспективы перед разработчиками. Семейство SitaraTM является базой масштабируемых архитектур 32-разрядных микропроцессоров компании Texas Instruments.
Компания Терраэлектроника с помощью многоцелевых модулей TE-AM1705v2 и TE-AM1707LCD70 стремится максимально ускорить для разработчиков темп изучения новых электронных компонентов и их применения в приборах и системах. Эти модули могут применяться на всех этапах жизненного цикла изделий:
- при освоении микропроцессоров семейства SitaraTM как начинающими, так и опытными разработчиками;
- при разработке, макетировании и отладке новых изделий;
- в качестве готовых узлов серийных систем.
Следует отметить, что модуль TE-AM1705v2 с BSP Linux на микропроцессоре Sitara 456 МГц доступен по цене модулей на микроконтроллерах Cortex-M.
Кроме того, компания «Терраэлектроника» производит бюджетный эмулятор/программатор TE-XDS100v3, при использовании которого система программирования Code Composer Studio является бесплатной. Разработчики могут приобрести микропроцессоры AM1705/1707 и модули TE-AM1705v2/1707LCD70 в компании «Терраэлектроника», а также получить консультации инженеров по вопросам их применения.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: [email protected]
