Новое семейство цифро-аналогового программируемого системного чипа Actel SmartFusion

Новое семейство SmartFusion уже трудно назвать ПЛИС, поэтому корпорация Actel позиционирует его на рынке микроэлектроники как программируемый системный чип, включающий в себя и программируемую матрицу. В состав микросхем этого семейства входят конфигурируемая аппаратная микропроцессорная подсистема с процессором ARM Cortex-M3 и набор контроллеров, аналоговый блок и непосредственно матрица FLASH ПЛИС (рис. 1). Подобная архитектура SmartFusion позволяет быстро и эффективно создавать цифро-аналоговые системы на кристалле (СнК) с требуемой функциональностью.

Рис. 1. Архитектура ПСЧ SmartFusion

Микропроцессорная подсистема

Интегрированный в ПСЧ 32-битный процессор ARM Cortex-M3 может работать

на частоте до 100 МГц. Микропроцессорная подсистема включает в себя также ряд блоков и контроллеров (рис. 2):

• блок супервизора;
• 2 таймера;
• контроллер Ethernet MAC 10/100;
• по два контроллера последовательных интерфейсов UART, I²C, SPI;
• контроллер прямого доступа в память (ПДП);
• контроллер внешней памяти;
• интегрированные в ПСЧ Flash ПЗУ, объемом до 64 кбайт;
• ОЗУ, объемом до 512 кбайт.

Рис. 2. Панель конфигурации микропроцессорной субсистемы

Блок супервизора — в ПСЧ Fusion он назывался блоком часов реального времени — состоит из кварцевого и RC-генераторов, часов реального времени (40-битного счетчика) и сторожевого таймера, а также формирователя тактовой частоты с умножителем. Аппаратные контроллеры, аналоговый блок и контроллеры, собранные в матрице ПСЧ, подключаются к процессору через шину АМВА. Состав контроллеров определяется пользователем при конфигурации микропроцессорной подсистемы в пакете Libero IDE.

На панели конфигурации МСС можно не только выбрать контроллеры, которые будут присутствовать в подсистеме, но также их сконфигурировать. Например, с панели МСС можно вызвать панель конфигурации аналоговой части.

Аналоговая часть

Аналоговая часть включает в себя до двух 12-разрядных АЦП и Sigma-Delta ЦАП, до пяти аналоговых квадрантов и блок предварительной обработки (БПО) аналоговых данных. Аналоговый квадрант имеет пять измерительных каналов: 2 канала измерения напряжения и по одному каналу измерения тока и температуры, а также компаратор напряжения.

БПО можно условно разделить на две подсистемы — контроллер управления выборкой (КУВ) и контроллер постобработки (КПО). Блок позволяет выполнить несложную предварительную обработку оцифрованных данных без участия процессора. КУВ обеспечивает возможность автоматически выполнять калибровку АЦП, циклическую оцифровку входных данных с заданным периодом, непрерывную работу ЦАП, отслеживание превышения или понижения заданных порогов входным сигналом и формирования соответствующего сигнала прерывания.

Матрица ПЛИС

Матрица ПЛИС та же, что и в ПЛИС семейств ProASIC3, IGLOO и Fusion. Она представляет собой массив универсальных ячеек VersaTile и интегрированные блоки ОЗУ/FIFO.

Для создания и отладки проектов для ПСЧ SmartFusion необходима последняя версия интегрированной среды разработки Actel Libero IDE версии 9.0. Пакет содержит весь необходимый набор IP-модулей и инструментов, позволяющих быстро и эффективно создавать, отлаживать и верифицировать проекты процессорных цифро-аналоговых систем.

Разработка и отладка программного обеспечения для процессора Cortex-M3 может производиться как в предоставляемой Actel бесплатной среде SoftConsole версии 3.1, так и в коммерческих пакетах KeilMDK-ARM Microcontroller Development Kit или IAR EmbeddedWorkbench (рис. 3).

Рис. 3. Процесс отладки проекта ПЛИС и ПО процессора

Все три блока ПСЧ SmartFusion — аналоговый, МСС и матрица ПЛИС — являются относительно независимыми. Каждый из них может быть использован полностью или частично, что позволяет разрабатывать системы с требуемыми характеристиками и функциональностью и при этом минимизировать потребление мощности микросхемы. Наличие гибких конфигурируемых связей между отдельными блоками предоставляет разработчикам возможность создавать проекты, которые ранее на дискретных элементах было реализовать достаточно трудно, а то и вовсе невозможно. Это позволяет оптимизировать не только аппаратную часть, но и потоки данных и информационную нагрузку между элементами системы, что, в итоге, ведет к снижению требований по быстродействию и вычислительной мощности процессора.

Объединение в одной микросхеме цифровой и аналоговой части позволяет значительно упростить разработку и отладку проектов. Раньше, при разработке систем на дискретных элементах, в случае ошибки в схеме, необходимости изменить параметры аналоговой части или добавить какой-либо контроллер, например, таймер или UART, нередко требовалось сделать новую печатную плату. С появлением SmartFusion в большинстве случаев достаточно доработать проект ПСЧ и сделать новую прошивку.

C появлением ПСЧ SmartFusion стало возможным разработать полноценные цифро-аналоговые системы в одном кристалле с минимальной внешней периферией. Это позволяет значительно уменьшить не только потребление всей системы в целом, но и ее габариты.

ПСЧ Actel SmartFusion можно использовать в широком спектре приложений в различных областях — промышленности и медицине, энергетике, телекоммуникации и многих других. Низкое потребление мощности и возможность управления потреблением открывает широкие возможности по применению в портативной технике.

В качестве примеров можно привести решения, предлагаемые Actel, по интеллектуальному управлению электроприводами, систем контроля и управления питанием или стационарному и портативному медицинскому диагностическому оборудованию. ПСЧ может также найти широкое применение в разработке модулей для систем на платформе xTCA. С примерами разработок можно ознакомиться на сайте фирмы PigeonPoint — ведущего производителя оборудования для xTCA.

Рис. 4. Плата из набора SmartFusionEvaluationKit

Для поддержки разработчиков корпорация Actel предлагает два демонстрационных набора: SmartFusionEvaluationKit (рис. 4) и SmartFusionDevelopmentKit (рис. 5).

Рис. 5. Плата из набора SmartFusionDevelopmentKit