高整合USB微控制器簡化嵌入式系統(tǒng)連結(jié)設(shè)計(jì)

USB連結(jié)是許多嵌入式應(yīng)用的重要規(guī)格;高度整合的USB微控制器解決方案，不僅能以最簡易的方式為嵌入式系統(tǒng)建立USB連結(jié)，還能提供高效能的CPU功能;其所附帶的整合式類比周邊更有助于降低元件數(shù)量和材料清單成本，進(jìn)一步滿足市場需求。

高整合度USB微控制器可以高成本效益，完成嵌入式連結(jié)功能設(shè)計(jì)。

加入更多功能/周邊降低整體成本

USB在工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用中迅速獲得采用，同時(shí)也為嵌入式解決方案的設(shè)計(jì)人員帶來挑戰(zhàn)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員須把USB連結(jié)融入產(chǎn)品中，且還要維持或者降低整體成本。早期版本的USB微控制器是為增設(shè)USB介面所開發(fā)，但它沒有能力支援其他的功能或周邊設(shè)備。當(dāng)USB剛推出時(shí)，這些元件在推動(dòng)USB介面的全面普及上扮演重要的角色，即使到今天，這些橋接元件也可當(dāng)作有效解決方案。只要透過輔助晶片，即可迅速增添全速型USB，而不必重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)。不過，對于一些成本敏感的應(yīng)用，這種做法或許不盡理想。

為克服成本上的難題，新一代的USB微控制器加入更多的功能與周邊裝置。不過，具備不同周邊功能的USB微控制器雖然在市場上大幅成長，但還是不及高度整合的解決方案。高整合度的USB解決方案不僅能加入適當(dāng)組合的周邊裝置，還能確保這些功能強(qiáng)大到足以支援重要的應(yīng)用需求。雖然應(yīng)用需求深受終端產(chǎn)品的特性與功能所影響，但大部分的應(yīng)用主要須涵蓋三個(gè)共通的層面。

首先是中央處理器(CPU)的效能以及把USB并入周邊裝置的影響;第二須考量的層面是，在類比功能或周邊裝置上扮演真實(shí)世界訊號連結(jié)的要角;最后，由于各種應(yīng)用對成本幾乎都很敏感，因此可消除外部元件需求以降低成本的USB建置便十分理想。

CPU主要的功能為執(zhí)行用戶碼，所以它能不能及時(shí)執(zhí)行指令并處理資料便至關(guān)重要。一般符合成本效益的USB控制器都會(huì)采用先進(jìn)先出(FIFO)的方式來管理進(jìn)出的封包，而CPU可將資料存取于緩沖器內(nèi)，并同時(shí)執(zhí)行其他的作業(yè)。

CPU/USB功能交互作用難題迎刃解

在橋接應(yīng)用的例子中，假設(shè)需求是要把序列式的通用異步收發(fā)器(UART)橋接到USB的系統(tǒng)上。最簡單的方法，CPU應(yīng)該要能從UART介面擷取資料，并存入U(xiǎn)SB FIFO中，反之亦然。不過，要是同樣此應(yīng)用須執(zhí)行其他簡單的功能，像是反轉(zhuǎn)字節(jié)排序，或者執(zhí)行復(fù)雜的功能，如套用軟體過濾程式，該怎么辦?一開始的簡單作業(yè)突然變成極為復(fù)雜的運(yùn)算，而這須要經(jīng)過特別的處理才能妥善管理，于是對CPU所造成的負(fù)擔(dān)便愈來愈大。

一般的協(xié)定橋接都是把一個(gè)周邊裝置的資料傳往另一個(gè)，并且?guī)捉磿r(shí)，所以CPU須具備必要的效能來讀寫及運(yùn)作資料，延遲時(shí)間也要縮短到能讓人接受。芯科實(shí)驗(yàn)室(Silicon Labs)推出一系列的微控制器，為低價(jià)USB解決方案中較佳的范例，該系列微控制器具備強(qiáng)化的高速CPU，能夠在一或二個(gè)系統(tǒng)時(shí)脈周期就能執(zhí)行七成的指令。這種效能不僅足以滿足協(xié)定橋接應(yīng)用的需求，還能支援其他大部分的高速USB應(yīng)用。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，高速CPU能在較短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行較多的工作，所以能降低整體的耗電量，并使系統(tǒng)在低功耗模式中維持較長時(shí)間運(yùn)作(圖1)。

圖1 高效能微控制器可使系統(tǒng)在低功耗模式下延長作業(yè)時(shí)間