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LPC5500 MCU系列：底蕴深厚（第1部分，共3部分）
翻译自: Eli Hughes
我一生中的大部分时间，编程和嵌入式微控制器都是我的最爱。在我的职业生涯中，我获得了许多不同体系结构的经验，包括一些专门用于特定应用程序的体系结构。即使在当前专用设备市场多样化的情况下，我仍然会发现通用微控制器市场是最有趣的。我认为这源于我对计算机的初恋。当我们使用Apple IIe计算机学习“计算机素养”时，可以追溯到7年级。在课程中，学生学习了如何使用BASIC语言编写程序。项目涵盖了从简单图形，打印和游戏的所有内容。与此同时，我还认识到，我在七年级时的另一个爱好——玩任天堂——与对计算机知识的追求有关。通过一本流行的游戏杂志，我发现任天堂的主控芯片就是学校电脑的主控器件——古老的'6502'。那是顿悟的真实时刻。如果CPU既可以是游戏系统又可以是文字处理器，那么它确实可以*做任何我想做的事。不久之后，我便开始挖掘6502的复杂细节来为我的作品提供动力。 6502是我的第一个通用CPU。
快进30年...完全相同的本金适用于今天。我们以小包装提供强大的功能。您几乎可以完成很多工作。我一直在寻找表面上似乎是“香草”但有一些隐藏的宝石的新部件，这些部件确实可以帮助我完成出色的项目。恩智浦LPC5500系列确实吸引了我的感觉，因为我立即看到使其与当今设计挑战相关的功能。在接下来的几周中，我想重点介绍LPC5500系列的某些功能。这并不是对LPC5500系列的全面介绍，但我希望介绍一些可能对您的设计挑战有益的亮点。在本文中，我们将重点介绍LPC55S69器件及其核心平台。引擎盖下有很多东西！
首先–实际上是4处理器合1！
从图1的框图中，可以看到有两个Arm Cortex-M33内核。考虑到该设备的低成本和低有功功率方面，这本身就是一个非常有用的功能。我充分利用了其他具有非对称内核的LPC系列（例如带有Cortex-M4和-M0的LPC43xx器件）。拥有第二个内核对于卸载常见任务非常有用。以我在LPC43xx上的经验，我使用Cortex-M0作为专用的图形协处理器，以在执行其他对时间要求严格的DSP操作时从Cortex-M4上卸载UI任务。
对于LPC55S69，两个内核均为Cortex-M33。 Cortex-M33是ARM基于ArmV8-M指令集体系结构的新产品。与Cortex-M4一样，它具有硬件浮点和DSP指令，还包括TrustZone。 TrustZone启用新的安全状态，以确保可以保护您的关键代码。另一个值得注意的新功能是用于简化与专用协处理器的集成的协处理器接口。此功能与LPC5500系列密切相关，因为我们将要讨论2个协处理器。您可以在此处了解有关Cortex-M33的更多信息。
我无法数出希望有一个额外的可编程CPU来处理可能非常耗时的任务但实际上并不需要大量代码空间的设计方案的数量。例如，我使用了具有非标准I / O接口且需要按位撞击的OLED显示器。这是让第二核心工作的绝佳机会。您甚至可以将第二个内核变成小型图形协处理器。
图1. LPC55S6x MCU系列框图
我提到了四个处理器。那么，第三和第四处理器在哪里？第三个隐藏在“ DSP加速器”块中。许多其他LPC微控制器所基于的Cortex-M4内核具有DSP专用指令，可以加速某些数学功能。我在嵌入式系统会议上举办了有关在通用CPU方案中使用DSP指令的研讨会。 LPC55S69 DSP加速器（A.K.A。PowerQuad）是一个独立的内核，其唯一目的是加速DSP特定任务。尽管PowerQuad并不是纯粹的通用CPU，但它可以执行显着负担Cortex-M33内核之一的任务。在许多情况下，您可以将某些算法的常规软件实现提高10倍。 PowerQuad涵盖了所有常见用例，例如快速傅立叶变换（FFT），IIR滤波器，卷积，三角函数和矩阵数学。它具有足够的“大脑”来执行几乎所有工作，因此您的主要通用CPU可以自由执行其他任务。 PowerQuad通过Cortex-M33（特别是ARMv8‑M）中的一项非常特殊的新功能启用，该功能允许协处理器通过简单的接口连接到CPU。到协处理器的数据传输具有低延迟，并且可以维持高达处理器内存接口两倍的带宽。
最后，第四个处理器是另一个称为“ CASPER”的专用内核。 CASPER是针对加密计算进行了优化的高性能加速器。它的核心是CASPER，它是一个双重乘法-累加移位引擎，可以处理大量数据。 CASPER具有对2个RAM块的特殊访问权限，因此可以并行访问数据。 CASPER的应用包括加速加密功能，例如公钥验证（即TLS / SSL），哈希计算甚至是区块链。由于CASPER是通用数学引擎，因此还可以与PowerQuad并行执行DSP操作。有了一点想象力，就可以用通用的Cortex-M33内核进行最少的干预来实现很多目标。
图2. PowerQuad（左）和CASPER（右）加速器
虽然从技术上讲PowerQuad和CASPER处理引擎不是通用的第3和第4通用内核，但是它们可以轻松地完成整个CPU通常可能需要的工作。 将来，我们将更多地讨论这些功能，但关键要点是：
PowerQuad DSP和CASPER加速器是功能强大的数学引擎，可让您计算出类似于专用DSP的速率。 所有这一切，同时仍保留您的通用处理器来处理其他系统任务。
所有这些功能都是通过低功耗40nm制程技术实现的，该技术封装在低价位的可触及封装中。 有兴趣吗？ 我知道我是！
翻译有问题的地方请大家指出,谢谢!
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发表于 2020-8-17 10:10:18
沉默卡
照妖镜
发表于 2020-8-18 09:40:37
楼主
