面向交互式终端类和控制类应用的SEP4020嵌入式处理器

引言

　　以信息化为代表的互联网时代嵌入式产品，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，注入了新的生命；同时也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出新的挑战。

这主要包括：支持日趋增长的功能密度、灵活的网络联接、轻便的移动应用和多媒体的信息处理。

　　1 嵌入式处理器发展三大发展的趋势：

　　（1） 联网成为必然的趋势

为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向21世纪的嵌入式处理器要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口,相应需要TCP/IP协议软件支持；由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、 Bluetooth或IrDA通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。

（2） 支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本?

为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。所以在嵌入式处理器的设计上需要考虑这几点因素，提供多种芯片电源管理模式来实现微功耗，提高芯片管脚的功能复用。

（3） 提供精巧的多媒体人机界面?

嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力，自然的人机交互界面，如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。

2 SEP4020嵌入式微处理器

2.1 SEP4020嵌入式微处理器概述

应对嵌入式处理器发展的趋势以及市场对嵌入式微处理器芯片的需求逐渐增加。作为SOC芯片及解决方案的专业提供商， 南京博芯电子技术有限公司日前发布了东芯IV+ SEP4020嵌入式微处理器，该处理器面向交互式终端（Interactive Terminal）类和控制类应用。它集成LCD控制器、MAC接口为一身，内部还嵌入了EMI接口、DMA控制器、多通道定时器、大量的外部中断。为用户开发简化了硬件和软件设计，提供了丰富的接口。

SEP4020使用0.18um标准CMOS的工艺设计，内嵌ASIX CORE（32位RISC内核，兼容ARM720T，带8KB指令数据Cache和全功能MMU），采用冯诺依曼结构，SEP4020芯片中集成各种功能包括：

（1）8/16位SRAM/NOR FALSH接口，16位SDRAM接口
（2）硬件NAND FLASH控制器，支持NAND FLASH自启动
（3）10M/100M自适应以太网MAC，支持RMII接口
（4）64K Byte高速片上SRAM
（5）USB1.1 Device，全速11Mbps
（6）支持I2S音频接口
（7）支持MMC/SD卡
（8）LCD控制器，支持640*480*16位TFT彩屏和STN黑白、灰度屏
（9）RTC，支持日历功能/WatchDog，支持后备电池
(10) 10通道TIMER，支持捕获、外部时钟驱动和MATCH OUT
(11) 4通道PWM，支持高速GPIO
(12) 4通道UART，均支持红外
(13) 2通道SSI，支持SPI和Microwire协议
(14) 2通道SmartCard接口，兼容ISO7816协议
(15) 支持最多97个GPIO，14个外部中断
(16) 6通道DMA控制器支持外部DMA传输和链表传输
(17)片上DPLL，支持多种功耗模式，IDLE、SLOW、NORMAL、SLEEP

2.2 SEP4020嵌入式微处理器设计概述

SEP4020是针对交互式终端类应用和控制类的应用。作为交互式终端类的应用(Epos为代表)，交互式终端是一种以信息交流为主要目的,为个性化用户提供信息处理、存储和查询等功能的嵌入式设备。与个人电脑机相比,该设备结构简单、功能专一、操作简单。目前,信息交互终端主要应用于银行、移动通信和视频会议等领域。其主要要求芯片具备的特点是成本低、提供强大的交互界面、快捷的通讯方式。基于其要求的特点,在SEP4020的设计过程中添加了LCDC控制器模块。该控制器支持1bpp黑白、2bppSTN灰度、4bppSTN灰度、16bppTFT彩色显示。支持的最大分辨率高达800×600。用户只需要按照液晶屏的设计规范去完成硬件设计，完全不需要添加额外的芯片来支持TFT液晶屏。

同时在SEP4020中还内嵌10M/100M以太网MAC，支持设备与网络的互联。用户只需外接PHY芯片即可完成以太网接口功能的设计，免去了繁琐的MAC芯片的选型和设计的过程。

根据对控制类应用市场的调查，在SEP4020的设计过程中加入了控制类应用的需求。10通道的定时器设计，完全能够满足工业控制过程中的定时中断和计数的需要。4路的PWM功能设计免去了用户复用一路PWM的烦恼，保证了系统多功能的扩展，另外PWM还可以工作在高速IO模式和计数器模式。其他的如4通道UART（均支持红外），2通道SSI（支持SPI和Microwire协议）也为控制类应用提供了常用的功能接口，并能过同时满足多个同类接口的需要，完全不需要外扩芯片来扩展出多个同类接口。SEP4020最多可支持多达97个GPIO，14个外部中断。能满足不同层次上控制类应用的需要。

为了降低芯片的功耗，SEP4020采用1.8V内核供电，从根本上降低了芯片的功耗。同时在芯片中还专门设计了芯片电源管理单元（PMC），通过PMC单元可以控制芯片所有模块时钟的打开和关闭。用户可以通过软件将系统中当前不使用的模块单元关闭，达到降低功耗的目的。

时钟与功耗管理模块（PMC）控制SEP4020不同工作模式之间的切换：SLOW、NORMAL、IDLE和SLEEP。这些工作模式的目的是根据芯片不同应用，通过动态地管理芯片内部各子模块的时钟源供给和系统的工作频率，从而降低芯片的整体功耗。当系统复位以后或当系统关掉PLL不需要高速时钟运行时，系统进入到SLOW模式。在SLOW模式下，系统中的CPU核和所有的模块的时钟源都来自晶振或其分频时钟。如果这个时候系统觉得有必要关掉某些模块，那么就可以通过配置功耗管理模块内部的寄存器，把相应模块的时钟源使能位关掉。如果在某些应用中需要高速时钟，那么就应该切换到NORMAL模式。在NORMAL模式下，系统中的CPU核和所有模块的时钟源都来自PLL。如果CPU核在当前状态下已经处理完了所有任务，在很长一段时间内都将处于空闲状态，那么系统应该进入到IDLE模式。在IDLE模式下，只会关闭CPU核的时钟源，而所有的模块都保持原状。如果整个系统都已经处理完所有的事务，并且在很长的一段时间内都将处于空闲状态，那么系统应该进入到SLEEP模式。在SLEEP模式下，关闭CPU核和所有模块的时钟源。图一给出了SEP4020嵌入式微处理器的结构示意图。
　

　　　　　　　　　图1：SEP4020嵌入式微处理器结构示意图。

3 SEP4020与其他嵌入式微处理器的比较

综合以上芯片设计的分析不难发现，SEP4020达到了嵌入式处理器发展的要求，具有一定的前瞻性。可以满足大部分交互终端类和控制类的嵌入式开发的需要。下面我们将SEP4020跟国内外主流的嵌入式处理器芯片进行对比。对比结果如图2所示。
　　　

　图2：SEP4020与国内外主流嵌入式处理器对比结果

4 结束语

SEP4020凭借其控制功能和交互显示的强大能力，已经在多个领域得到了初步的应用。基于SEP4020的一整套基于B/S架构和“家加E”平台的“ePOS－易支付”系统解决方案，以其低成本、高安全性、高易用性、易扩展、易维护、功能多样化、行业适应性广等特点，赢得了银行和终端制造商的一致认可，而且有望成为下一波银行卡支付普及浪潮的主力军。同时基于SEP4020的机器人控制平台以及机器人教育平台也受到了客户的一致好评，充分体现了SEP4020的控制能力和丰富的外围接口。