LPC800的前世今生大揭秘

NXP管管 · 发表于 2023-9-12 10:27:00

LPC800的前世今生大揭秘

1、前言

在此之前，NXP已经推出了基于Cortex-M0内核的LPC1100(2009年)，代号“吸血鱼”(亚马逊河中的一种小鱼，据称能进入在河中洗澡的人体内)，意为小而极具攻击性。
LPC800的开发代号“哪吒”，意为小而勇敢。为什么要在LPC1100推出3年之后，又推出LPC800系列？“哪吒”的背后，有什么鲜为人知的故事？
2、LPC800哪吒的诞生

“哪吒”项目的策划始于2009年初，LPC1100刚刚发布不久，LPC团队就提出了一个大胆的想法：能否让32位MCU跟8位单片机一样简单易用？很快，团队列出了几条“简单易用”的准则：

能否象8位单片机一样启动？
GPIO操作能否更加迅速？
外设能否更加小巧、灵活？
封装要小；
PCB布线要简单；
要满足中国客户希望串口多的需求；

。。。

Rob Cosaro是LPC的首席架构师(现在他是NXP Fellow，去年曾经来深圳给工信部开过讲座，是位名副其实的技术“网红”)，他提出了各种创新的点子，让LPC800的思路愈发清晰了：
外设要去除“大而全”，变得灵活、轻便。为此，重新设计了UART、I2C、SPI等外设IP；

针对不同应用可以有不同类型的Timer。为此，设计了SCT和MRT；

支持8位单片机小封装。LPC800支持TSSOP20/16小封装，甚至还为“发烧友”准备了DIP8封装；

特别地，LPC800提供了独一无二的开关矩阵(SWM)模块，能够将数字外设功能映射到任意一个GPIO引脚上，从而大大简化了PCB设计，成了硬件工程师的最爱；

另外，内部Flash改至32位宽，工艺从0.18um改至0.14um，减少芯片面积的同时也极大地改善了芯片的功耗；

一开始选择了Cortex-M0内核，后来切换到Cortex-M0+。

随着芯片规划的不断完善，对IP和芯片的设计提出了各种新的要求。宝剑锋从磨砺出，从“哪吒”项目提出到第一颗LPC800问世，花了整整三年。想起神话故事中的哪吒三太子，其母怀胎三年方才生产，不生则已，一生惊人。LPC中国团队给项目取名“哪吒”，寓意LPC800也像哪吒一样，经历了出生的磨难，却变得更加骁勇善战，在32位替代8位的战场上，方兴未艾。LPC800能够象哪吒一样大闹中国MCU之海。

接着，设计的任务交给了当时由我领导的LPC中国设计团队。在2009年的某一天，当我踏入时任LPC MCU产品线总经理的Geoff Lees(没错，就是现在NXP MICR业务部的老大)的办公室时，就被墙上的白板吸引住了--上面写满了LPC800的规划思路。Geoff告诉我，LPC800必须按照中国市场的需求来定义和设计，这令我激动万分。

后来，每次去美国，LPC团队都会在那块白板上不断改进我们的设计。在之后的一年多里，那面白板就没有被擦掉过。

3、LPC800的发展历程

LPC800系列的发展经历了三个阶段：
2012年11月，NXP发布了业界第一颗基于Cortex-M0+的LPC81x，支持16K Flash，并于次年7月正式量产；
2014年10月，LPC82x正式量产，支持32K Flash；
2016年8月，推出了经过简化的LPC83x；
2016年12月，与Freescale合并后的NXP正式宣布了新的LPC800路线图，计划于2017年相继推出支持64K Flash的LPC84x和精简设计的LPC80x。

如上所述，新的LPC800路线图预示着这个精悍的产品线，将会迎来一个爆发式的成长，为了更好地推广这一既是新产品又是传统产品系列，2017年领导布置了一个任务，让我来写一个“LPC800 Cookbook”。

领到这个任务之后，就开始琢磨这是个什么样的“文档”呢。首先，从字面上讲Cookbook就是食谱、菜谱，查下字典Cookbook还有烹饪手册的意思。真正翻看一份(本)食谱可以看到，内容是从食材、配料、刀工、厨具、火候等，一步步引领着如何做出一道菜来。

此时联想起在这么多年的实际工作中，处理和解答过的很多问题，除一部分是因为没有好好看文档之外，很大部分是因为更深层次的问题，不少人把在MCU上写程序作为一个单纯的软件问题，而没有详细了解在程序代码背后，硬件是如何工作的，软件和硬件是如何相互配合一起工作的。

4、内容介绍

基于这样一个思考，我决定从MCU及其各基础模块出发，从解析各部分的内部构造和配置原理出发，再结合具体的代码演示例程，展示LPC800各部分的用法。这实际上也是我多年工作中，在理解使用一款新产品时所用的基本思路，因此希望能把这种思维方式提供给读者，引领读者不但知其一而且知其二，能够把每一行代码与底层的硬件配置结合在一起考虑，做到举一反三，这样以后可以用同样的方法，在用到其它陌生的MCU时，能够快速地熟悉上手，迅速地掌握其精髓。

在本书内容的编排上，引入了一些新的特色。
对于例程代码，尝试突破传统的行注释，使用了PPT中对话气泡的方式更加方便灵活地注解代码，展现行与行和程序块之间的逻辑关系。对于一些不易理解的模块，例如SWM、DMA、SCT等，都配有模拟的内部构造图，再结合对应的寄存器位，让读者可以更深入系统地理解这些模块的功能和用法，当理解了这些原理之后，即使以后忘记了它们的用法，只需回头看看这些构造图就可以很快地找到原来的感觉。

思路理清了，内容的呈现方式也就清晰了。首先这篇“文章”会是一本书的方式，就是您现在看到的这本书：

在书里面会先从介绍LPC800各个系列的基本概况入手(第1章)，比较子系列间的区别，并特意抽出一些特色功能进行说明。然后将逐一展示各子系列的基本系统框图(第2章)，从这里可以解读出很多有用甚至关键的信息；很多有经验的工程师可以从一款产品的系统框图，很快建立起一些关于这款产品的定位、性能级别、操作灵活性等基本概念，并对是否适合自己需求的一个基本判断。

第3章介绍了Arm为Cortex-M处理器配套的嵌套式中断控制器(NVIC)，这里解答了常见的中断优先级和中断嵌套的概念，并设计了一个演示例程以进一步体会优先级与嵌套的流程；这章里还以示意图的形式，直观地讲解了NVIC的几个特色的功能，让读者可以深入体会它的优势。当然第3章还介绍了NVIC的使用方法和可以调用的函数。

第4章是本书所有例程和配套项目文件的基本介绍，并给出了书中所有例程与项目文件的对照关系，读者在动手实验时，可以随时翻看这里，找到对应的项目代码并运行体会。

第5-8章是关于LPC800的一些核心的基础部件，包括负责时钟配置、外设模块复位、低功耗配置及外部引脚中断等部分的系统配置模块(SYSCON)，负责把内部功能信号与外部引脚对接的开关矩阵(SWM)，设置外部引脚特性的输入输出引脚配置(IOCON)，以及最基本的输入输出控制器(GPIO)等。所有使用LPC800的用户都要首先接触到这些模块，所有的开发项目都会用到这些模块。

第9-13章涉及引脚中断和引脚组合逻辑、直接存储器访问(DMA)、UART、SPI和I2C，这部分都是绝大部分MCU都会有模块和基本的通信接口。特色的引脚组合逻辑或称模式匹配引擎，能够根据多个引脚的组合逻辑运算结果，产生相应的中断，与传统的一个信号触发中断的方式相比，可以显著优化对于复杂外部逻辑的相应速度。

第14-17章分别介绍了一些基本的定时器，包括状态可编程定时器(SCT)、窗口型看门狗定时器(WWDT)、多速率定时器(MRT)和系统嘀嗒时钟(SysTick)。尤其是对SCT的介绍，试图从基础原理上，全面地分析了SCT的用法，并通过多个例程展示了SCT编程及其强大的能力。

最后第18章介绍了12位ADC(模拟数字转换器)及其使用，通过例程不但展示了ADC的基本用法，还展示了实际项目中经常会用到与DMA配合使用的方法。

5、参考资料

均可在nxp.com/lpc800下载：
LPC8N04数据手册：LPC8N04 32-bit Arm® Cortex®-M0+ microcontroller
LPC8N04用户手册：LPC8N04 User manual
LPC802数据手册：LPC802 Data Sheet
LPC802用户手册：LPC802 User manual
LPC804数据手册：LPC804 Data Sheet
LPC804用户手册：LPC804 User manual
LPC81x数据手册：LPC81xM 32-bit ARM® Cortex®-M0+ microcontroller; up to 16 kB flash and 4 kB SRAM
LPC83x数据手册：LPC83x 32-bit ARM® Cortex®-M0+ microcontroller; up to 32 KB flash and 4 KB SRAM; 12-bit ADC
LPC81x用户手册：LPC81x User manual
LPC83x用户手册：LPC83x User manual
LPC82x数据手册：LPC82x 32-bit ARM® Cortex®-M0+ microcontroller; up to 32 kB flash and 8 kB SRAM; 12-bit ADC; comparator
LPC82x用户手册：LPC82x User manual
LPC84x数据手册：LPC84x 32-bit Arm® Cortex®-M0+ MCU - Data Sheet
LPC84x用户手册：LPC84x User manual
应用笔记AN11538 SCTimer/PWM cookbook
LPC86x数据手册：LPC86x 32-bit Arm® Cortex®-M0+ MCU - Data Sheet
LPC86x用户手册：LPC86x User manual
本书所有代码均基于LPC824 Example Code Bundle IAR中的例程所开发。
有兴趣的读者也可以登录www.nxpic.org论坛，与广大工程师们进行技术交流，分享相关的知识和经验，以求共同提高。也可以从NXP公司网站http://www.nxp.com/lpc800上获得更多资料。

6、致谢

前后大约花了两年时间才断断续续地写完了所有内容，在本书的写作和校验过程中得到了很多同事的帮助，尤其要感谢周荣政、王朋朋、蒋文卫的大力支持，还有张扬、张启鹏、谢愉、牛晓东、武元伟等同事为保证内容的准确性，在百忙之中进行了试读和实验验证，在此表示衷心的感谢，你们的帮助让我对整体内容的正确性有了更多的信心。

接下来的数周里，我将按内容概况逐步更新，由于本人的经验和水平有限，书中的错误和不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

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