深入剖析SHARP LH79520系統(tǒng)級(jí)芯片：性能與應(yīng)用的完美融合

在當(dāng)今電子科技飛速發(fā)展的時(shí)代，系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）的性能和集成度對(duì)于各類電子設(shè)備的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。SHARP的LH79520系統(tǒng)級(jí)芯片以其高度集成和高性能的特點(diǎn)，成為眾多電子工程師關(guān)注的焦點(diǎn)。今天，我們就來(lái)深入剖析這款芯片，探討其特性、功能以及在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

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芯片特性概覽

高度集成與高性能

LH79520是一款高度集成的系統(tǒng)級(jí)芯片，采用ARM720T RISC核心，具備32位ARM7TDMI? RISC核心、8KB緩存、MMU（支持Windows CE?）和寫(xiě)緩沖區(qū)，CPU速度高達(dá)77.4144 MHz，為系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的處理能力。同時(shí)，芯片還集成了32KB片上SRAM，進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的效率。

靈活的內(nèi)存接口

芯片擁有靈活、可編程的內(nèi)存接口，包括SDRAM接口和SRAM/Flash/ROM接口。SDRAM接口支持32位和16位SDRAM，具備兩個(gè)獨(dú)立控制的片選信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)四字節(jié)突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，支持2K、4K和8K行地址內(nèi)存部件。SRAM/Flash/ROM接口則支持靜態(tài)內(nèi)存映射設(shè)備，可進(jìn)行異步操作，具備8、16和32位寬的外部?jī)?nèi)存數(shù)據(jù)路徑，可獨(dú)立配置多達(dá)八個(gè)內(nèi)存庫(kù)，每個(gè)庫(kù)最大可達(dá)64MB。

多流DMA控制器

多流DMA控制器支持多達(dá)4個(gè)數(shù)據(jù)流的同時(shí)服務(wù)，具備三種傳輸模式：內(nèi)存到內(nèi)存、外設(shè)到內(nèi)存和內(nèi)存到外設(shè)。傳輸大小和突發(fā)大小均可編程，支持地址增量或地址凍結(jié)，每個(gè)流還具備傳輸錯(cuò)誤指示功能，通過(guò)中斷通知用戶。

豐富的外設(shè)接口

芯片集成了多種外設(shè)接口，包括三個(gè)UART、兩個(gè)16位脈沖寬度調(diào)制器、兩個(gè)雙通道定時(shí)器模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、64個(gè)可編程通用I/O信號(hào)、可編程彩色LCD控制器、同步串行端口等。這些外設(shè)接口為芯片在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的使用提供了極大的便利。

詳細(xì)功能解析

ARM720T處理器

ARM720T處理器是LH79520的核心，其32位ARM7TDMI? RISC核心具備高效的處理能力。8KB緩存和MMU的加入，使得處理器能夠更快速地訪問(wèn)數(shù)據(jù)和進(jìn)行內(nèi)存管理。MMU可以將物理內(nèi)存地址映射到虛擬內(nèi)存地址，方便用戶進(jìn)行內(nèi)存組織和保護(hù)，同時(shí)可通過(guò)系統(tǒng)控制協(xié)處理器（CP15）進(jìn)行直接控制，通過(guò)翻譯表（TT）和頁(yè)表（PT）進(jìn)行間接控制。

內(nèi)存架構(gòu)

芯片的內(nèi)存架構(gòu)包括集成的SDRAM控制器和靜態(tài)內(nèi)存控制器，可實(shí)現(xiàn)與外部SDRAM、Flash、SRAM、ROM和突發(fā)ROM的無(wú)縫接口。軟件可選擇三種物理內(nèi)存重映射選項(xiàng)，內(nèi)存采用小端字節(jié)序。SDRAM控制器具備兩個(gè)獨(dú)立控制的片選信號(hào)，支持32位和16位SDRAM，可在四字節(jié)突發(fā)模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，支持多種行地址內(nèi)存部件，且具備兩個(gè)復(fù)位域，可在軟復(fù)位時(shí)保留SDRAM內(nèi)容。靜態(tài)內(nèi)存控制器支持靜態(tài)內(nèi)存映射設(shè)備，可進(jìn)行異步操作，具備可編程參數(shù)，如等待狀態(tài)、總線周轉(zhuǎn)周期和突發(fā)ROM設(shè)備的初始和后續(xù)突發(fā)讀取等待狀態(tài)等，還支持nWAIT輸入，可由外部設(shè)備調(diào)整等待時(shí)間。

彩色LCD控制器（CLCDC）

CLCDC可提供所有必要的控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，直接與各種彩色和單色LCD面板接口。支持單掃描和雙掃描彩色及單色超扭曲向列（STN）顯示器，以及薄膜晶體管（TFT）彩色顯示器?？删幊谭直媛矢哌_(dá)800×600，支持15級(jí)灰度單色、3375色STN和64K色TFT顯示，具備1、2、4或8位/像素（BPP）的調(diào)色板彩色顯示和真彩色非調(diào)色板顯示，可對(duì)不同顯示面板進(jìn)行可編程定時(shí)，擁有256項(xiàng)、16位調(diào)色板快速訪問(wèn)RAM，以及幀、行和像素時(shí)鐘信號(hào)，還具備AC偏置信號(hào)（STN）或數(shù)據(jù)使能信號(hào)（TFT）、專利灰度算法和中斷生成事件，采用雙16深可編程32位寬FIFO緩沖輸入數(shù)據(jù)。

同步串行端口（SSP）

SSP是一個(gè)主模式接口，用于與支持Motorola SPI、National Semiconductor MICROWIRE或Texas Instruments同步串行接口協(xié)議的從外設(shè)設(shè)備進(jìn)行同步串行通信。具備可編程時(shí)鐘速率、獨(dú)立的發(fā)送FIFO和接收FIFO緩沖區(qū)（16位寬，8個(gè)位置深）、DMA傳輸功能、可編程接口協(xié)議、可編程數(shù)據(jù)幀大?。?到16位）、獨(dú)立屏蔽發(fā)送FIFO、接收FIFO和接收溢出中斷，以及內(nèi)部回環(huán)測(cè)試模式。

通用異步收發(fā)器（UART）

LH79520集成了三個(gè)UART，可可編程使用UART0或IrDA SIR輸入/輸出。具備獨(dú)立的16字節(jié)發(fā)送和接收FIFO，可減少CPU中斷，支持可編程FIFO禁用（1字節(jié)深度）、可編程波特率發(fā)生器、獨(dú)立屏蔽發(fā)送FIFO、接收FIFO、接收超時(shí)和調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)中斷、假起始位檢測(cè)、線路中斷生成和檢測(cè)，以及完全可編程的串行接口特性，如5、6、7或8位數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度、偶、奇或無(wú)校驗(yàn)位生成和檢測(cè)、1或2個(gè)停止位生成。IrDA SIR編碼/解碼模塊支持可編程使用IrDA SIR或UART0輸入/輸出，支持高達(dá)115.2 Kbps的半雙工數(shù)據(jù)速率，具備可編程內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，可將參考時(shí)鐘以1到512的增量進(jìn)行分頻，實(shí)現(xiàn)低功耗模式位持續(xù)時(shí)間。

脈沖寬度調(diào)制器（PWM）

PWM具備兩個(gè)獨(dú)立的輸出通道，每個(gè)通道有獨(dú)立的輸入時(shí)鐘，分辨率高達(dá)16位。支持可編程同步模式，允許外部輸入啟動(dòng)PWM，可對(duì)脈沖寬度（占空比）、間隔（頻率）和極性進(jìn)行可編程設(shè)置，包括靜態(tài)編程（PWM停止）和動(dòng)態(tài)編程（PWM運(yùn)行），可在PWM周期結(jié)束時(shí)更新占空比、頻率和極性，編程范圍廣泛。

向量中斷控制器

向量中斷控制器將20個(gè)內(nèi)部和8個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào)組合，經(jīng)過(guò)屏蔽和優(yōu)先級(jí)排序后，應(yīng)用到ARM7TDMI處理器核心的IRQ和FIQ中斷輸入。具備硬件中斷向量邏輯，可對(duì)多達(dá)16個(gè)中斷源進(jìn)行可編程優(yōu)先級(jí)設(shè)置，與使用軟件輪詢確定最高優(yōu)先級(jí)中斷源的解決方案相比，可減少IRQ類型中斷的響應(yīng)時(shí)間，顯著提高LH79520在嵌入式控制應(yīng)用中的實(shí)時(shí)能力。28個(gè)中斷通道可單獨(dú)屏蔽，狀態(tài)可通過(guò)軟件輪詢?cè)L問(wèn)，除看門狗定時(shí)器中斷外，所有中斷通道均可編程生成FIQ中斷請(qǐng)求、非向量IRQ中斷請(qǐng)求（軟件輪詢IRQ源）或向量IRQ中斷請(qǐng)求（最多16個(gè)通道），看門狗定時(shí)器只能生成FIQ中斷請(qǐng)求，外部中斷輸入可進(jìn)行可編程設(shè)置（邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā)、上升沿/高電平有效或下降沿/低電平有效）。

復(fù)位、時(shí)鐘和電源控制器（RCPC）

RCPC為L(zhǎng)H79520的運(yùn)行生成各種時(shí)鐘信號(hào)，確保在電源開(kāi)啟和從節(jié)能運(yùn)行模式喚醒后有序啟動(dòng)。允許軟件根據(jù)需要單獨(dú)選擇各種片上時(shí)鐘信號(hào)的頻率，以最節(jié)能的模式運(yùn)行芯片。具備14.7456 MHz晶體振蕩器和PLL用于片上時(shí)鐘生成，支持外部時(shí)鐘輸入（若不使用片上振蕩器和PLL），32.768 kHz晶體振蕩器為實(shí)時(shí)時(shí)鐘生成1 Hz時(shí)鐘，可單獨(dú)控制外設(shè)和CPU的時(shí)鐘，UART的時(shí)鐘源可在14.7456 MHz晶體振蕩器和外部時(shí)鐘源之間選擇，具備可編程時(shí)鐘預(yù)分頻器用于UART和PWM，提供五種全局電源控制模式：活動(dòng)、待機(jī)、睡眠、停止1和停止2，可實(shí)時(shí)更改CPU和總線時(shí)鐘頻率，支持可選時(shí)鐘輸出，具備硬件復(fù)位（nRESETIN）和軟件復(fù)位功能。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）

RTC可提供基本的鬧鐘功能或長(zhǎng)時(shí)間基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器，通過(guò)在RTC輸入的編程周期數(shù)計(jì)數(shù)后生成中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)。使用1 Hz時(shí)鐘輸入到RTC可實(shí)現(xiàn)每秒計(jì)數(shù)。具備32位向上計(jì)數(shù)器，可進(jìn)行可編程加載，可編程32位匹配比較寄存器，當(dāng)計(jì)數(shù)器和比較寄存器相同時(shí)，可通過(guò)軟件屏蔽中斷。RTC輸入時(shí)鐘源包括PLL時(shí)鐘、32.768 kHz時(shí)鐘和1 Hz時(shí)鐘（默認(rèn)）。

看門狗定時(shí)器

看門狗定時(shí)器提供硬件保護(hù)，防止系統(tǒng)故障。它是一個(gè)可編程定時(shí)器，需由軟件定期復(fù)位。若未能及時(shí)復(fù)位定時(shí)器，將產(chǎn)生FIQ中斷；若未能處理FIQ中斷，將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。由總線時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，具備16個(gè)可編程超時(shí)周期（從2^16到2^31個(gè)時(shí)鐘周期），當(dāng)達(dá)到超時(shí)周期時(shí)，可生成系統(tǒng)復(fù)位（復(fù)位LH79520）或FIQ中斷，具備軟件使能、鎖定和計(jì)數(shù)器復(fù)位機(jī)制，增加了防止意外寫(xiě)入的安全性，具備保護(hù)機(jī)制，防止中斷服務(wù)失敗：第一次WDT超時(shí)觸發(fā)FIQ并置位nWDFIQ狀態(tài)標(biāo)志，若FIQ服務(wù)例程未能清除nWDFIQ，則下一次WDT超時(shí)觸發(fā)軟復(fù)位。

定時(shí)器

LH79520集成了兩個(gè)定時(shí)器模塊，每個(gè)模塊包含兩個(gè)16位獨(dú)立可編程定時(shí)器，共四個(gè)獨(dú)立定時(shí)器。每個(gè)定時(shí)器有兩種工作模式：自由運(yùn)行模式（定時(shí)器達(dá)到0x0000后回繞到0xFFFF并生成中斷請(qǐng)求，繼續(xù)從0xFFFF向下計(jì)數(shù)）和周期性定時(shí)器模式（定時(shí)器達(dá)到0x0000后自動(dòng)重新加載其編程值并生成中斷請(qǐng)求，繼續(xù)從加載值向下計(jì)數(shù)）。每個(gè)定時(shí)器包含一個(gè)可編程預(yù)分頻器（總線時(shí)鐘除以1、16或256），定時(shí)器可級(jí)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的定時(shí)周期，高階定時(shí)器的進(jìn)位輸出為下一個(gè)低階定時(shí)器提供時(shí)鐘信號(hào)，可能的定時(shí)范圍為2^15（單個(gè)定時(shí)器）、2^31（兩個(gè)定時(shí)器級(jí)聯(lián)）、2^47（三個(gè)定時(shí)器級(jí)聯(lián)）和2^63（四個(gè)定時(shí)器級(jí)聯(lián)），最低階定時(shí)器的輸出信號(hào)可作為CTOUT1B信號(hào)外部可用。

輸入/輸出配置系統(tǒng)

IOCON系統(tǒng)提供的寄存器允許用戶直接控制設(shè)備的引腳復(fù)用，通過(guò)設(shè)置或清除一組寄存器中的位，用戶可以為外設(shè)設(shè)備配置LH79520。

通用輸入/輸出（GPIO）

LH79520提供多達(dá)64位的可編程輸入/輸出，包括A到H八個(gè)8位端口，這些端口與其他信號(hào)復(fù)用。每個(gè)輸入/輸出引腳可單獨(dú)編程，所有I/O端口在上電時(shí)默認(rèn)設(shè)置為輸入。

電氣規(guī)格與信號(hào)特性

絕對(duì)最大額定值

芯片的直流核心電源電壓（VDDC）范圍為 -0.3 到 2.4 V，直流I/O電源電壓（VDD）范圍為 -0.3 到 4.6 V，直流模擬電源電壓（VDDA）范圍為 -0.3 到 2.4 V，存儲(chǔ)溫度范圍為 -55 到 +125 °C。需要注意的是，這些應(yīng)力額定值僅適用于瞬態(tài)條件，在或超過(guò)絕對(duì)最大額定值條件下運(yùn)行可能會(huì)影響可靠性并導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

推薦工作條件

商業(yè)應(yīng)用中，直流核心電源電壓（VDDC）推薦范圍為 1.62V 到 1.98V，典型值為 1.8V；直流I/O電源電壓（VDD）推薦范圍為 3.0 V 到 3.6 V，典型值為 3.3 V；直流模擬電源電壓（VDDA）推薦范圍為 1.62V 到 1.98V，典型值為 1.8V；時(shí)鐘頻率范圍為 10 MHz 到 77.4144 MHz；商業(yè)工作溫度范圍為 0°C 到 +70°C。工業(yè)應(yīng)用中，工作溫度范圍為 -40°C 到 +85°C，其他參數(shù)與商業(yè)應(yīng)用相同。

DC/AC規(guī)格

在商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中，芯片的DC規(guī)格包括CMOS輸入高電壓（VIH）、CMOS輸入低電壓（VIL）、施密特觸發(fā)引腳的正輸入閾值電壓（VIT+）、負(fù)輸入閾值電壓（VIT-）、施密特觸發(fā)遲滯（VHST）、CMOS輸出高電壓（VOH）、CMOS輸出低電壓（VOL）、外部時(shí)鐘輸入（XTAL32IN、XTALIN）、輸入泄漏電流（IIN）、輸出三態(tài)泄漏電流（IOZ）、活動(dòng)電流（IACTIVE）、待機(jī)電流（ISTANDBY）、睡眠電流（ISLEEP）、停止1電流（ISTOP1）、停止2電流（ISTOP2）、輸入電容（CIN）和輸出電容（COUT）等參數(shù)。AC規(guī)格則包括各種信號(hào)的時(shí)間參數(shù)，如輸出信號(hào)的有效時(shí)間（tOVXXX）、保持時(shí)間（tOHXXX），輸入信號(hào)的建立時(shí)間（tISXXX）和保持時(shí)間（tIHXXX）等，這些參數(shù)在不同的信號(hào)接口（如異步內(nèi)存接口、同步內(nèi)存接口、同步串行端口等）中有具體的要求和限制。

應(yīng)用與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

應(yīng)用場(chǎng)景

LH79520的高性能和豐富的外設(shè)接口使其適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如便攜式設(shè)備、工業(yè)控制、嵌入式系統(tǒng)等。在便攜式設(shè)備中，其低功耗模式和強(qiáng)大的處理能力可滿足長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和高效處理的需求；在工業(yè)控制領(lǐng)域，其實(shí)時(shí)性和可靠性可確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；在嵌入式系統(tǒng)中，其高度集成的特性可減少電路板面積和成本。

印刷電路板布局實(shí)踐

在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 電源供應(yīng)去耦：LH79520具有不同內(nèi)部電路部分的獨(dú)立電源和接地引腳，VDD和VSS引腳為I/O緩沖器供電，VDDC和VSSC引腳為核心邏輯供電。每個(gè)VDD和VDDC引腳必須提供到相應(yīng)電路板電源的低阻抗路徑，VSS和VSSC引腳必須提供到電路板接地的低阻抗路徑。每個(gè)電源供應(yīng)必須使用至少一個(gè)0.1 μF高頻電容器進(jìn)行去耦，該電容器應(yīng)盡可能靠近芯片的VDDx、VSSx引腳對(duì)放置在芯片的四個(gè)側(cè)面。如果電路板空間允許，可在每個(gè)VDDx、VSSx對(duì)附近添加一個(gè)0.01 μF高頻電容器。為了有效去耦，電容器引腳和連接到芯片VDDx、VSSx引腳的相關(guān)電路板走線長(zhǎng)度應(yīng)保持在每個(gè)電容器引腳小于半英寸（12.7 mm）。每個(gè)電源供應(yīng)應(yīng)在芯片的一側(cè)附近放置一個(gè)10 μF的大容量電容器。
2. PLL、VDDA、VSSA濾波器：VDDA引腳為芯片PLL電路供電，VSSA是PLL電路的接地返回路徑。如果使用內(nèi)部PLL電路，這些引腳必須連接如圖所示的低通濾波器。原理圖中所示的肖特基二極管必須具有低正向壓降規(guī)格，以允許VDDA快速過(guò)渡到整個(gè)輸入電壓范圍。電源引腳VDDA路徑必須是從IC封裝引腳到高頻電容器，再到低頻電容器，最后通過(guò)串聯(lián)電阻連接到電路板電源的單根導(dǎo)線，IC引腳到高頻電容器的距離應(yīng)盡可能短。同樣，VSSA路徑是從IC引腳到高頻電容器，再到低頻電容器，IC引腳到高頻電容器的距離應(yīng)盡可能短。需要注意的是，VSSA引腳專門不連接到電路板接地，因?yàn)長(zhǎng)H79520 PLL電路內(nèi)部有與VSS（GND）的直流接地連接，所以外部VSSA引腳必須僅連接到濾波器組件，而不連接到電路板接地。
3. 未使用輸入信號(hào)調(diào)理：浮動(dòng)輸入信號(hào)可能導(dǎo)致過(guò)度功耗。未使用的輸入信號(hào)如果沒(méi)有內(nèi)部上拉或下拉電阻，應(yīng)外部上拉或下拉，以將信號(hào)連接到其非活動(dòng)狀態(tài)。一些GPIO信號(hào)可能默認(rèn)設(shè)置為輸入，如果攜帶這些信號(hào)的引腳未使用，軟件可以將這些信號(hào)編程為輸出，以消除上拉或下拉的需要。在軟件執(zhí)行之前，功耗可能會(huì)高于預(yù)期。一些LH79520輸入具有內(nèi)部上拉或下拉電阻，如果未使用，這些輸入不需要外部調(diào)理。
4. 其他電路板布局實(shí)踐：LH79520的所有輸出引腳具有快速的上升和下降時(shí)間，因此印刷電路板走線互連長(zhǎng)度必須減少，以最小化這些快速輸出開(kāi)關(guān)時(shí)間的傳輸線效應(yīng)引起的過(guò)沖、下沖和反射。這一建議特別適用于地址和數(shù)據(jù)總線。在考慮電容時(shí)，計(jì)算必須考慮所有設(shè)備負(fù)載和電路板走線引起的電容。走線引起的電容將取決于許多因素，包括走線寬度、電路板所用的介電材料以及與接地和電源平面的接近程度。在具有較高電容負(fù)載的系統(tǒng)中，電源供應(yīng)去耦和印刷電路板布局的注意事項(xiàng)變得更加關(guān)鍵，因?yàn)殡S著這些電容負(fù)載的增加，電源供應(yīng)和接地返回路徑中的瞬態(tài)電流也會(huì)增加。除非指定了內(nèi)部下拉電阻，否則應(yīng)向所有未使用的輸入添加上拉電阻；請(qǐng)參考表2，考慮所有在復(fù)位時(shí)為輸入的信號(hào)。

建議的外部組件

對(duì)于32.768 kHz晶體電路，建議使用并聯(lián)諧振型晶體，如MTRON SX1555或等效型號(hào)，其容差為±30 ppm，老化為±3 ppm，負(fù)載電容為12.5 pF，ESR（最大值）為50 kΩ，驅(qū)動(dòng)電平為1.0 μW（最大值）。外部組件包括一個(gè)10 MΩ電阻（R1）、兩個(gè)電容（C1為15 pF，C2為18 pF），這些值取決于晶體的指定負(fù)載電容和PCB雜散電容，電阻R1必須在電路中，接地連接應(yīng)短并返回連接到處理器核心接地引腳的接地平面，R1、C1、C2的容差應(yīng)≤ 5%。對(duì)于14.7456 MHz晶體電路，建議使用AT切割的并聯(lián)模式