MSP430FR4x2xMCU技术培训-内核介绍

大家好欢迎大家参加本次在线培训

本次培训主要是为大家介绍MSP430 FRAM新产品FR4x/FR2x 系列

在本次课程中的我们将主要介绍 R4x/FR2x关键的内核模块

以及它的时钟系统

关于我们本次新的FR4x/FR2x系列的 内核 cpu 我们需要记住的一点呢

它是一个更高效更低功耗 以及之前的 430FR 系列产品

CPU 上兼容的这样的一个 CPU 它是支持二十位的 Cpu 的寄存器

支持自指令和二十位寄存器直接访问 以及一些原子指令 那它的CPU呢

FR5x/FR6x 系列 F5系列的 430 产品所使用的CPU

完全兼容的 那从这些平台上 来进行产品移植 就会是非常方便

现在幻灯片图表上显示的 就是我们FR2x/FR4x 系列微控制器的

几个工作模式 包括活跃模式 LPM0 LPM3 LPM3.5 和LPM4.5几个

低功耗模式 这些低功耗模式呢 在命名规则方面 与其他 430 器件类似

特别需要注意的呢 是在LPM3.5 在这个低功耗模式 仍然是

支持 LCD驱动控制 以及支持这个 RTC 实时时钟再启用LCD驱动

RTC 两个功能的情况下 我们整体的功耗 仍然是小于一个微安 这是非常出色的

功耗的特性

现在图上显示我们的时钟系统FR2x/ FR4x 系列时钟系统支持5个独立时钟源

分别是三个低频时钟源 两个高频的时钟源

低频时钟源支持10k Hz VLO 及我们的 32. 768 k Hz 低频时钟

高频时钟它支持DCO 是一个指定范围的 DCO

以及这个 mod 的 clock. CLA 它是内部5MHz的

那在上电默认情况下 我们芯片使用 DCO 1MHz 一个时钟 DCO 它是支持

频率锁定这样环路的锁环器FLL 但是呢，它在使用FLL的时候呢

他只能以REFO或者XTE这样两个 低频时钟时钟源

那我们ACLK供往只能以REFO或者 XTE这样两个低频时钟时钟源

我们的SMCLK和MCLK这两个呢 一定是相同的源的 SMCLK它具有

进一步的一个分频器 它的时钟频率可以和MCLK不同

可以比它低啊，可以进行进一步的 分频，但是任何在MCLK的分频操作

都会影响到SMCLK 的时钟频率

在LPM低功耗模式下即使关闭了 MCLK SMCLK仍然是可以使用的

这是低功耗模式下的一个特性

供给adc 时的这个十位的 adc 模块 时钟的是我们的MODOSC

再来具体看一下我们这个DCO 这个新FR4x/FR2x系列上DCO

和我们之前系列FR5xDCO 以及5系列 430 产品略有不同

DCO是有一个指定的频率范围 可在1 2 4 8 12 16MHz的中心频率范围中选择

在选定了这个中心频率之后呢， 还可以用FLL来进行微调

那我们这之前说的，我们这个DCO 略有不同 频率范围比之前产品

DCO频率范围会小

虽然小 但是在这个频率范围内 提供 512 个阶跃 对于每个阶跃会更小

就带来两个好处 一个呢， 就是精度会更高 我们只使用REFO

没有外部晶体 在这种情况下呢 我们也可以提供+-2% 精度

如果有外部晶体 我们更加可以提供 +-0.5% 精度 这是精度方面的好处

还有个好处的因为每个阶跃 都更小 差距更小 产生抖动更小 另外FLL

可以不断的基于这个基准频调节 还可以为温度产生漂移提供补偿

那这张图表呢，就是具体的 视觉化地显示了 FR4x DCO

和FR5x DCO 显著差异 这两个DCO都是可以通过RSEL位

来进行频率范围的选择 但是呢在 五系列的之前的五系列的产品上呢

它DCO区的每个选择的 范围呢，都是重叠的。

也就是说，它在所有可选范围内 它的这个DCO的频率呢 是全覆盖

我们在它可选的频率范围内 我们是可以选择任何的一个频率

作为我们的中心频率的， 而在我们现在FR4x/FR2x 产品DCO上

大家可以看到这个每个DCO的 选择之间呢 是有是有间隙的

也就是说，它并不是在频率上 全覆盖的 通俗的来说

某些频率是我们无法设置到的 显著的显示出两类产品DCO 上的差异

那在 F5系列的产品上 它的优点呢可以设置为任意的频率

DCO可以设置为任意频率 FR4x相比 频率的精度低 抖动更多一点

而我们的FR4x系列产品呢， 它只能设定在特定的范围内

来设定频率 有些频率 覆盖不到 有些平均值是取不到 这是缺点

但是优点的就是 刚才说了 512个阶跃会更小

产生频率的精度会更高而 抖动就会更小

这张图呢，就是FR4x/FR2x 供电系统的框图

首先呢我们这个产品 只需要单电源 ddc c

一个单电源为整个的数字 和模拟模块来供电

另外呢 在PMM电源管理 和监控模块里面的 我们支持SVS

就是我们的供电监控 是可以在一个预设的阈值上

在用户预设的阈值上的 来进行器件的复位。

另外呢，我们这个PMM 上面 也有 BOR有掉电复位电路 LDO

内置的LDO 无需外界任何 具有电容它就能工作

为内核产生 1. 8 伏的工作电压 无需设置 在上电之后

就自动进行工作的 这样一个LDO 另外呢，我们的PMM模块的包含一个

内部的呃一个基准电压 这个我觉得参考电压 可以根据

芯片所处的工作模式比如低功耗模式 它会自动地来进行开启和关闭工作

那我们这个基本电压它还可以供到 我们的模拟 adc 模块使用

它可以通过引脚也向外输出 1. 2 伏的这样的一个参考电压

整个PMM模块为我们的应用呢 一方面节省我们的成本 一方面

减少了，我们这个应用的电路板的 空间 它提供了非常多的功能 具体

具体来看一下这个SVS，是个供电监测的 模块 跟之前的 430 产品相比

它是进行了一番简化的 而它最主要的 简化 就是阈值 不是用户设定的

而是一个固定的阈值 那这个固定阈值 同样是可以让器件随着SVS在这样

电平温度来进行复位操作 这个模式呢，在所有的功耗模式当中

这个模块的都是能够使用 但是在 一些低功耗模式比如说LPM3

3.5 4.5这样几个低功耗模式当中 这个SVS模块 是可以被关闭的

以便节省功耗 同样的，我们在这个PMM Control寄存器当中可以为SVS事件呢

把它配置成一个系统的 NMI 以便产生中断 来提醒我系统有

异常的事件产生 现在让我们从电源 管理转制一个嵌入式FRAM 控制器

我们来看一下 那这款控制器呢 和之前早先的FR5x 6x 微控制器上

所使用FRAM控制器是类似的 此FR4x/FR2x系列器件的最大运行频率

是16兆赫兹尔 我们内置的 FRAM 的访问速度

它是限制在8MHz上 也就是说，如果我们代理代码

是8MHz运行的话呢 那FRAM可以 全速运行 无需插入等待周期

但是如果我们设定的运行主频 大于8MHz 就需要设定这个FRAM

它设置一个等待周期 这样的一个状态

通过我们现在幻灯片上显示的代码 我们就可以在程序启动的时候把FRAM

配置一下 配置我们等待周期 由于这个 FRAM在高速运行一些代码的时候

需要等待的 那整个器件呢， 就为这个FRAM配置 高速缓存

就是说我们在一次的FRAM取指 可以取少量的哈不止一条指令

除了需要执行的指令之外的 将其他的这个取出来的取指

放在这个高速缓存中 那等候等待后续执行的时候

就是从高速缓存当中取指 而不是再次从FRAM取指

显著提高指令执行的一个速度 我们估算了，大多数典型的代码

它的平均高速缓存的命中比率呢， 是在 66 % 到 75 % 之间

这也就是说呢，由于我们 为我们的FRAM们的配置高速缓存

几乎是每四个周期才会发生 一次高速缓存不命中的情况

也就是说我们每四个周期啊， 基本上都会有三个周期取指

只是在高速缓存里面 只有一个 周期需要到FRAM 去执行这样

取指操作 减少了由于FRAM 需要 等待状态 而对整体系统指令的执行

性能产生到任何的影响

我们FRAM一样也会内置 错误的脚印和矫正一些新模块

再看FRAM的写保护 那在前一章节 当中 我们讲过FRAM是一个进行灵活

写入操作的存储器 那既然非常便于 写入 就像RAM一样可以随时写入

因此呢 我们就需要防止错误 写入 而这些错误的包括

代码的本身的错误比如说 堆栈溢出 数组溢出

这样的一个代码本身错误到 导致的FRAM 的错误改写

者是其他异常导致的 FRAM 误操作 为了防止运行时

FRAM 当中的代码呢， 被各种意外的改写了

那就变得非常至关重要，那在 FR4x/FR2x微控制器上

需要对SRS配置寄存器当中的几位 进行配置我们就可以对FRAM内容

进行保护 计算机当中 它有一个位 是可以用来保护FRAM 的主区域

主区域当中的数据 还有一个位 是用来单独保护IFF/IFO寄存器内容的

那对这些位进行设置呢 就可以用来保护指定区域的这个数据

或者代码的安全 那在默认情况 这个保护呢，是启动的

所以我们在第一次尝试写入FRAM 之前呢 我们就必须要清除保护位

然后在完成正常的写入之后 我们要用代码来使能保护位

然后使我们FRAM的进入保护状态 这个章节是本次课程最后的一点重要提示

如果大家需要从另一个MSP430 系列 产品当中呢代码移植的话 需要注意

这个 sys配置 cfg 寄存器 是我们 FR4x/FR2x 系列啊产品当中

新增加的一些保护功能 这些寄存器呢 专门用于配置器件

一些专用的设置 比如我们刚才 说的FRAM 的写保护 另外呢

还有我们这个系列产品当中 新增加的IR模块 红外调制模块势能

Adc 模拟引脚的选择和 lcd 电源引脚的选择

这些功能的配置呢， 都需要通过这个 sys c f g 的寄存器

来进行选择 谢谢各位观看本部分的 关于MSP430 FR4x/FR2x 系列产品的

技术讲座 那在后续部分呢， 我们也会进一步的介绍，

这个系列产品当中， 这些关键外设啊，包括LCD模块

及IR红外调制模块 谢谢大家

大家好欢迎大家参加本次在线培训

本次培训主要是为大家介绍MSP430 FRAM新产品FR4x/FR2x 系列

在本次课程中的我们将主要介绍 R4x/FR2x关键的内核模块

以及它的时钟系统

关于我们本次新的FR4x/FR2x系列的 内核 cpu 我们需要记住的一点呢

它是一个更高效更低功耗 以及之前的 430FR 系列产品

CPU 上兼容的这样的一个 CPU 它是支持二十位的 Cpu 的寄存器

支持自指令和二十位寄存器直接访问 以及一些原子指令 那它的CPU呢

FR5x/FR6x 系列 F5系列的 430 产品所使用的CPU

完全兼容的 那从这些平台上 来进行产品移植 就会是非常方便

现在幻灯片图表上显示的 就是我们FR2x/FR4x 系列微控制器的

几个工作模式 包括活跃模式 LPM0 LPM3 LPM3.5 和LPM4.5几个

低功耗模式 这些低功耗模式呢 在命名规则方面 与其他 430 器件类似

特别需要注意的呢 是在LPM3.5 在这个低功耗模式 仍然是

支持 LCD驱动控制 以及支持这个 RTC 实时时钟再启用LCD驱动

RTC 两个功能的情况下 我们整体的功耗 仍然是小于一个微安 这是非常出色的

功耗的特性

现在图上显示我们的时钟系统FR2x/ FR4x 系列时钟系统支持5个独立时钟源

分别是三个低频时钟源 两个高频的时钟源

低频时钟源支持10k Hz VLO 及我们的 32. 768 k Hz 低频时钟

高频时钟它支持DCO 是一个指定范围的 DCO

以及这个 mod 的 clock. CLA 它是内部5MHz的

那在上电默认情况下 我们芯片使用 DCO 1MHz 一个时钟 DCO 它是支持

频率锁定这样环路的锁环器FLL 但是呢，它在使用FLL的时候呢

他只能以REFO或者XTE这样两个 低频时钟时钟源

那我们ACLK供往只能以REFO或者 XTE这样两个低频时钟时钟源

我们的SMCLK和MCLK这两个呢 一定是相同的源的 SMCLK它具有

进一步的一个分频器 它的时钟频率可以和MCLK不同

可以比它低啊，可以进行进一步的 分频，但是任何在MCLK的分频操作

都会影响到SMCLK 的时钟频率

在LPM低功耗模式下即使关闭了 MCLK SMCLK仍然是可以使用的

这是低功耗模式下的一个特性

供给adc 时的这个十位的 adc 模块 时钟的是我们的MODOSC

再来具体看一下我们这个DCO 这个新FR4x/FR2x系列上DCO

和我们之前系列FR5xDCO 以及5系列 430 产品略有不同

DCO是有一个指定的频率范围 可在1 2 4 8 12 16MHz的中心频率范围中选择

在选定了这个中心频率之后呢， 还可以用FLL来进行微调

那我们这之前说的，我们这个DCO 略有不同 频率范围比之前产品

DCO频率范围会小

虽然小 但是在这个频率范围内 提供 512 个阶跃 对于每个阶跃会更小

就带来两个好处 一个呢， 就是精度会更高 我们只使用REFO

没有外部晶体 在这种情况下呢 我们也可以提供+-2% 精度

如果有外部晶体 我们更加可以提供 +-0.5% 精度 这是精度方面的好处

还有个好处的因为每个阶跃 都更小 差距更小 产生抖动更小 另外FLL

可以不断的基于这个基准频调节 还可以为温度产生漂移提供补偿

那这张图表呢，就是具体的 视觉化地显示了 FR4x DCO

和FR5x DCO 显著差异 这两个DCO都是可以通过RSEL位

来进行频率范围的选择 但是呢在 五系列的之前的五系列的产品上呢

它DCO区的每个选择的 范围呢，都是重叠的。

也就是说，它在所有可选范围内 它的这个DCO的频率呢 是全覆盖

我们在它可选的频率范围内 我们是可以选择任何的一个频率

作为我们的中心频率的， 而在我们现在FR4x/FR2x 产品DCO上

大家可以看到这个每个DCO的 选择之间呢 是有是有间隙的

也就是说，它并不是在频率上 全覆盖的 通俗的来说

某些频率是我们无法设置到的 显著的显示出两类产品DCO 上的差异

那在 F5系列的产品上 它的优点呢可以设置为任意的频率

DCO可以设置为任意频率 FR4x相比 频率的精度低 抖动更多一点

而我们的FR4x系列产品呢， 它只能设定在特定的范围内

来设定频率 有些频率 覆盖不到 有些平均值是取不到 这是缺点

但是优点的就是 刚才说了 512个阶跃会更小

产生频率的精度会更高而 抖动就会更小

这张图呢，就是FR4x/FR2x 供电系统的框图

首先呢我们这个产品 只需要单电源 ddc c

一个单电源为整个的数字 和模拟模块来供电

另外呢 在PMM电源管理 和监控模块里面的 我们支持SVS

就是我们的供电监控 是可以在一个预设的阈值上

在用户预设的阈值上的 来进行器件的复位。

另外呢，我们这个PMM 上面 也有 BOR有掉电复位电路 LDO

内置的LDO 无需外界任何 具有电容它就能工作

为内核产生 1. 8 伏的工作电压 无需设置 在上电之后

就自动进行工作的 这样一个LDO 另外呢，我们的PMM模块的包含一个

内部的呃一个基准电压 这个我觉得参考电压 可以根据

芯片所处的工作模式比如低功耗模式 它会自动地来进行开启和关闭工作

那我们这个基本电压它还可以供到 我们的模拟 adc 模块使用

它可以通过引脚也向外输出 1. 2 伏的这样的一个参考电压

整个PMM模块为我们的应用呢 一方面节省我们的成本 一方面

减少了，我们这个应用的电路板的 空间 它提供了非常多的功能 具体

具体来看一下这个SVS，是个供电监测的 模块 跟之前的 430 产品相比

它是进行了一番简化的 而它最主要的 简化 就是阈值 不是用户设定的

而是一个固定的阈值 那这个固定阈值 同样是可以让器件随着SVS在这样

电平温度来进行复位操作 这个模式呢，在所有的功耗模式当中

这个模块的都是能够使用 但是在 一些低功耗模式比如说LPM3

3.5 4.5这样几个低功耗模式当中 这个SVS模块 是可以被关闭的

以便节省功耗 同样的，我们在这个PMM Control寄存器当中可以为SVS事件呢

把它配置成一个系统的 NMI 以便产生中断 来提醒我系统有

异常的事件产生 现在让我们从电源 管理转制一个嵌入式FRAM 控制器

我们来看一下 那这款控制器呢 和之前早先的FR5x 6x 微控制器上

所使用FRAM控制器是类似的 此FR4x/FR2x系列器件的最大运行频率

是16兆赫兹尔 我们内置的 FRAM 的访问速度

它是限制在8MHz上 也就是说，如果我们代理代码

是8MHz运行的话呢 那FRAM可以 全速运行 无需插入等待周期

但是如果我们设定的运行主频 大于8MHz 就需要设定这个FRAM

它设置一个等待周期 这样的一个状态

通过我们现在幻灯片上显示的代码 我们就可以在程序启动的时候把FRAM

配置一下 配置我们等待周期 由于这个 FRAM在高速运行一些代码的时候

需要等待的 那整个器件呢， 就为这个FRAM配置 高速缓存

就是说我们在一次的FRAM取指 可以取少量的哈不止一条指令

除了需要执行的指令之外的 将其他的这个取出来的取指

放在这个高速缓存中 那等候等待后续执行的时候

就是从高速缓存当中取指 而不是再次从FRAM取指

显著提高指令执行的一个速度 我们估算了，大多数典型的代码

它的平均高速缓存的命中比率呢， 是在 66 % 到 75 % 之间

这也就是说呢，由于我们 为我们的FRAM们的配置高速缓存

几乎是每四个周期才会发生 一次高速缓存不命中的情况

也就是说我们每四个周期啊， 基本上都会有三个周期取指

只是在高速缓存里面 只有一个 周期需要到FRAM 去执行这样

取指操作 减少了由于FRAM 需要 等待状态 而对整体系统指令的执行

性能产生到任何的影响

我们FRAM一样也会内置 错误的脚印和矫正一些新模块

再看FRAM的写保护 那在前一章节 当中 我们讲过FRAM是一个进行灵活

写入操作的存储器 那既然非常便于 写入 就像RAM一样可以随时写入

因此呢 我们就需要防止错误 写入 而这些错误的包括

代码的本身的错误比如说 堆栈溢出 数组溢出

这样的一个代码本身错误到 导致的FRAM 的错误改写

者是其他异常导致的 FRAM 误操作 为了防止运行时

FRAM 当中的代码呢， 被各种意外的改写了

那就变得非常至关重要，那在 FR4x/FR2x微控制器上

需要对SRS配置寄存器当中的几位 进行配置我们就可以对FRAM内容

进行保护 计算机当中 它有一个位 是可以用来保护FRAM 的主区域

主区域当中的数据 还有一个位 是用来单独保护IFF/IFO寄存器内容的

那对这些位进行设置呢 就可以用来保护指定区域的这个数据

或者代码的安全 那在默认情况 这个保护呢，是启动的

所以我们在第一次尝试写入FRAM 之前呢 我们就必须要清除保护位

然后在完成正常的写入之后 我们要用代码来使能保护位

然后使我们FRAM的进入保护状态 这个章节是本次课程最后的一点重要提示

如果大家需要从另一个MSP430 系列 产品当中呢代码移植的话 需要注意

这个 sys配置 cfg 寄存器 是我们 FR4x/FR2x 系列啊产品当中

新增加的一些保护功能 这些寄存器呢 专门用于配置器件

一些专用的设置 比如我们刚才 说的FRAM 的写保护 另外呢

还有我们这个系列产品当中 新增加的IR模块 红外调制模块势能

Adc 模拟引脚的选择和 lcd 电源引脚的选择

这些功能的配置呢， 都需要通过这个 sys c f g 的寄存器

来进行选择 谢谢各位观看本部分的 关于MSP430 FR4x/FR2x 系列产品的

技术讲座 那在后续部分呢， 我们也会进一步的介绍，

这个系列产品当中， 这些关键外设啊，包括LCD模块

及IR红外调制模块 谢谢大家