1、MSP432 产品培训 T e x a s I n s t r u m e n t s I n c o r p o r a t e d MSP432 产品培训 20151 MSP432 产品培训 目录 第一章 MSP432 MCU概览 . 2 第二章 Cortex-M4F内核和中断 . 14 第三章 电源系统 20 未完待续 MSP432 Microcontroller Workshop Revision 1.0 2015. 03 MSP432 产品培训 20152 第一章 MSP432 MCU概览 第一章 MSP432 MCU概览 本章节将主要对 MSP432系列 MCU的性能和特色进行一个
2、概括性的介绍。 MSP432 系列 MCU属于低功耗、高性能的微控制器。这个系列产品是 TI的 MSP 低功耗微控制器系列中的产品， MSP系列产品还包括我们的 FRAM 产品和安全与互联型 MCU（例如 RF430 产品）。 MSP432 系列是最新的更高主频和更丰富外设通用微控制器产品。 MSP432 产品培训 20153 第一章 MSP432 MCU概览 在实际应用中，客户通常希望能解决哪些问题？很多时候，我们发现首先客户希望能提高处理能力。他们希望能进一步增强器件的功能、对数据的吞吐能力或模拟方面的性能，或许他们也正在进行 ARM 内核的标准化工作。同时，他们还需要低功耗，尤其是采用电
3、池供电的应用，或一些只需极少电量的应用情况下。第三，他们也希望工具和软件能方便易用，并能帮助他们优化性能及功耗。最后，他们还需要 产品拥有一个 可扩展的 平台， 让他们能够在低功耗产品与高性能产品之间自由 切换 。 MSP432 凭借 32 位的 48 MHz Cortez -M4F 内核让这些问题迎刃而解。此处理器可提供更高性能，比如是 M3 内核的两倍性能，而同时功耗只有一半。大家应该知道低功耗的概念根植于 MSP 的 DNA 中。我们已将此 MSP432器件设计成超低功耗的通用型 Cortex-M 微控制器。 在工作模式下功耗仅为 95 uA/MHz，而待机功耗仅为 850nA，其中包括
4、了RTC的功耗。同时，我们希望用户能充分利用 MSP430 的工具链，以及 ARM 的工具链，以获得最佳的高性能和低功耗。现在，由于 MSP430平台的延伸，用户可以在 16位内核产品和 32位内核产品之间自由选择，所有这些产品之间均具有无缝移植能力。 MSP432 产品培训 20154 第一章 MSP432 MCU概览 由于性能是 MSP432 的一个关键目标，因此我们选择了性能最高的 Cortex M 内核，这一点十分重要。 Cortex -M4F内核包含对完整 ARM 指令集的访问权限，此外还包含了 DSP扩展指令和一个浮点 FPU模块。 同时非常重要的一点是，我们在该器件内内置了高性能
5、的外设和一些特色。例如，我们在 ROM 中预先烧录了驱动程序库。 与调用位于 Flash中的驱动程序库相比，现在您可以用更快的速度调用位于 ROM中的驱动程序库。内置的闪存是独立的同步 Flash，允许用户同时进行读和写操作，而这通常是很花费时间的。另外，控制器中内置的模拟模块是我们目前为止速度最快的 1MSPS 的 14 位 ADC，这可以让您以更快的速度进行数据采样。 MSP432 产品培训 20155 第一章 MSP432 MCU概览 与 M4、 M3 或 M0+ 内核相比，您会看到 Cortex M4F 内核支持一个完整的 ARM 指令集。包括扩展的 DSP指令和浮点处理指令。因此，您
6、可以更高效地执行运算。从图中您可以看到， Cortex M4F 内核处理 定点运算的速度是 M3内核的两倍，而浮点运算速度比 M3内核快十倍以上。 MSP432 产品培训 20156 第一章 MSP432 MCU概览 说到低功耗，首先我们对 芯片在硅片的级别上就 进行 了 低功耗优化。 我们加入了宽工作电压范围等功能。 MSP432可在 1.62V下工作，这包括全速代码运行以及闪存访问。我们还集成了 DC/DC稳压器，让您在超过 24 MHz 的频率时提高工作效率。而闪存的缓冲器 NTMA 可帮您最大限度的减小 CPU执行周期。 在器件具备低功耗性能的同时，我们也提供帮助实现低功耗的工具和软件
7、。位于 ROM 中的驱动程序库所需要的功耗也低于在闪存中运行驱动程 序的情况。而 TI提供的诸如 ULP Advisor 和 Energy Trace+ 等工具可帮助用户优化代码，从而避免在不必要的情况下产生额外的功耗。 MSP432 产品培训 20157 第一章 MSP432 MCU概览 Coremark 的基准测试的开发组织 EEMBC推出了称为 ULPBench的全新基准测试，用于测量不同微控制器之间的超低功耗性能。在图中可以看到， MSP430真正拥有标杆性的ULPBench得分，测试表明我们的 MSP432产品具有最高的能效。此处的数值越高表明功耗越低。 MSP432 产品培训 20
8、158 第一章 MSP432 MCU概览 MSP432 提供了 Energy Trace+ 等工具来实时的查看整个器件的功耗。您可以随时测量电流或检查 CPU 状态，并进行跟踪，从而确定在哪些处理中可能存在功耗黑洞。 MSP432 产品培训 20159 第一章 MSP432 MCU概览 上图是 MSP432微控制器的框图，让我们更近距离的观察该器件。图中的橙色部分的外设与传统的 MSP430中的外设相同，这一点对于想要将代码从 16位 MSP430器件移植到 32位 MSP432器件的用户而言十分重要。蓝色部分的外设则是 MSP432中新增或者功能增强的外设部分。 MSP432 产品培训 20
9、1510 第一章 MSP432 MCU概览 图中显示的是最新的 TI MSP430平台，包括产品，软件，硬件和开发套件。现在，我们来看一下原有 的 MSP430 用户如何开发 MSP432，有哪些部分可以无缝移植？ 可以看到，所有以红色标明的 MSP430产品部分都与 MSP432中的相同。您将发现，唯一不能进行移植的是内核，这是因为我们采用了 32 位的 ARM Cortex -M4F内核。同时， MSP432采用了一些新的组件。新的 432 模块和 ARM 模块，这些新模块都同时附带新的软件。您可以使用寄存器级的软件库或使用驱动程序库进行编程。 ARM用户则有机会利用CMSIS风格的编码，
10、并且我们提供了一些新的 IDE。 MSP432 产品培训 201511 第一章 MSP432 MCU概览 MSPWARE 作为一站式服务，为您提供所有必要的技术配套资料。您在此处可以看到，所有的用户指南和数据手册、培训、应用手册和代码示例都包含在 MSPWARE中。这是您进行评估和代码开发的最佳起点。 MSP432 产品培训 201512 第一章 MSP432 MCU概览 用户可以使用 MSP432 Launchpad，这是价格仅为 12.99 美元的一体化工具，其中包括板上仿真器以及包括按钮和 LED在内的用户界面，并通过 USB 连接到您的电脑。这是评估 MSP432 的最佳途径。具体做法
11、是尝试使用示例代码和即开即用的 GUI，开始着手进行您自己的软件开发。 MSP432 产品培训 201513 第一章 MSP432 MCU概览 MSP432 系列 有六种不同的器件供选择。带 R的器件具有 256k闪存和 64kRAM，而带M的器件则有 128k闪存和 32kRAM。 您将看到 TI提供三种不同的封装类型，可以 根据具体应用选择最适合的选项。 最小的是 5*5mm的 BGA封装，此外还有 64QFN和100LQFP封装。 第一部分的简要介绍到此结束。 MSP432 产品培训 201514 第二章 Cortex-M4F 内核和中断 第二 章 Cortex-M4F 内核和中断 在第
12、二章中，我们将简要的介绍 MSP432的内核 Cortex-M4F，以及中断系统。 MSP432的内核 使用 32位 的 Cortex-M4F内核。 该 内核 具有 32位 的 数据 总线 、 32 位 的寄存器组和 32位 的 存储器接口。 内核 采用 Harvard架构，这意味着它拥有 独立 的指令总线和数据总线。这样一来，对指令和数据的访问可以同时进行，数据访问 的 过程不会影响或干扰指令 的 流水线，因此可以提升处理器 的 性能。 此特性 使得 整个 Cortex - M4F内核 中 有 多个总线和接口，每个 总线和接口 均可 同时使用，以 实现最佳 的 利用率。数据总线 和指令总线
13、共享同一存储空间，此空间称为统一 的 存储系统。 此外， MSP432 选择 的 Cortex-M4F内核，该内核 还包含一个 可 嵌套 的中断向量 控制器，简称 NVIC。它还包含一个浮点单元 (FPU) 以及随 Cortex-M4内核 一起提供的增强型DSP指令集。 MSP432 产品培训 201515 第二章 Cortex-M4F 内核和中断 从调试器 的 角度来看， 内核中 拥有一个标准化的 Cortex-M 调试器模块、一个 COI 调试模块以及 ITM 跟踪 模块 支持。 由于这是一个 Cortex M内核 ，因此它还继承了大量来自 Cortex 和 ARM 产品的外设，其中包括
14、uDMA、 SysTick 和中断 管理器。 MSP432 产品培训 201516 第二章 Cortex-M4F 内核和中断 图片中 为您概要 的 介绍 了 从 Cortex M0 到 Cortex M4 的不同 Cortex M 内核类型的差异。您可以看到， 我们选择的 Cortex-M4F内核 提高了内核的复杂性，向指令集添加了更多指令，并增加了其他特性，如硬件乘法器、硬件除法器、饱和 运算 能力、 DSP 指令扩展以及一个浮点单元。 您可能还注意到，从 Cortex M0 和 M0+ 到 M3 和 M4， ARM 架构从Von Neumann 架构变为了 Harvard 架构，这一过程使
15、得内核在 指令总线之外增加了一个数据总线。 您可以注意到，我们 之所以为 MSP432 选择 Cortex -M4F内核 ，是因为 Cortex -M4F 在增加 了 更多性能和功能的同时 仅 增加 了极少 的功耗。这一点将在后续 的介绍 中进行说明，届时将展示在 MSP432 上采用 Cortex M4F 的结果 。 MSP432 产品培训 201517 第二章 Cortex-M4F 内核和中断 最后， MSP432 系列选择的 Cortex M4F 内核 中的另一增项是浮点单元。 Cortex M4F 内核的 FPU 完全支持 浮点的 加法 、减法、乘法、除法和平方根等 运算 。需要注意的
16、一点是，大多数编译器中已自动启用 对 FPU的 支持，因此无需任何操作即可在用 MSP432 进行开发 的过程中使用浮点 运算 。 MSP432 产品培训 201518 第二章 Cortex-M4F 内核和中断 由于 MSP432 采用的是标准化的内核，因此最好以标准化的方式测试 其性能。 CoreMark 是一种用来测量处理器内核性能的标准化基准测试。 CoreMark 由嵌入式微处理器基准协会 EMBBC 所开发，旨在帮助系统设计人员选择最佳处理器并了解系统的性能和能耗特征。 MSP432 基本上获得了 Cortex-M4F 平台上可能达到的最高分数。我们认为这是最高分数，因为我们知道这是
17、一个理想的 Cortex-M4F 内核方案才可能达到的分数。 ARM 网站的 Cortex-M4F 页面上也显示了与此类似的信息 。 MSP432 产品培训 201519 第二章 Cortex-M4F 内核和中断 除了 CoreMark， EMMBC 还开发了另一种基准测试，用于测量微控制器的 超低功耗特性。ULP Bench 包含一组测试，通过执行适用于 ULP 应用的预定义任务来测量器件的 功耗 。ULP Bench 发布于 2014 年底，此后成为了业内对 通用 微控制器进行低功耗基准测试的标准方法。这项基准测试的测量方法如下 ：每秒钟唤醒一次微控制器来执行预定义的工作 ，一旦 工作 完
18、成，微控制器需要返回睡眠状态，一秒后再唤醒。 在这一秒期间会测量整个系统完成任务所消耗的总功耗 。其结果是，能耗越低，微控制器甚至整个系统就越优秀。为了使分数对读者更直观一些，该分数实际上是用一千除以测得的总能耗（微焦耳）的结果。 您可以看到，对于 MSP 器件而言，这一结果确实令人印象深刻。 从图中可以看出，MSP432 达到了全球迄今为止最高的 ULPBench 分数 153.3 分，这一成绩优于竞争产品，包括 Cortex -M4、 Cortex -M3，一直往下包括 Cortex-M0+ 内核的产品， 以及其他专有架构 产品 。这一结果表明，高性能并不总是意味着高功耗，在 应用 得当的
19、情况下，诸如 Cortex-M4F 的更高性能内核仍然可以比其他简化内核拥有更低的功耗。 第二部分关于内核和中断的简要介绍到此结束。 MSP432 产品培训 201520 第三章 电源系统 第三 章 电源系统 从整体功能来说， MSP432的 电源系统 使用一个非常 宽 泛的 工作电压 ，您可以在 从 1.62V 一直到 3.7V 的电压 范围 下使用该器件。 系统内可以选择的内核工作电压有两个，可以 通过所需的功率 来进行选择，以便实现最佳的功耗和性能的平衡 。例如，如果 应用需要 在 1 - 24MHz 之间运行系统，可 选择 使用 1.2V 内核电压 ； 如 需要在 1 - 48Mhz
20、之间 运行系统的话，为了 提升 效率， 可使用 1.4V内核电压 。 要产生内部 的 内核电压，可使用内部电压稳压器。与 MSP430 系列产品保持一致， 我们使用超低功耗 的 稳压器。这是一种 可以 调节电压的稳压器。 另外， 除了 LDO，我们还将提供 DC/DC稳压器。 这种 额外提供的 稳压器在高频和高负载 的工作 条件下非常 出色。 MSP432 产品培训 201521 第三章 电源系统 与 MSP430 系列相比，电源电压监控器和受监控模块也 进行了优化 。 我们 增加了低功耗性能模式，从而在 LPM3、 LMP4 和 * 5 模式下展现出极低的功耗。 最后需要注意的一点，这也可能
21、是最重要的特性：所有的电源转换、配置和操作均可 调用驱动程序库 API 来完成 。 MSP432 产品培训 201522 第三章 电源系统 我们在前面讲过， MSP432 具有从 1.62V 到 3.7V 的宽工作电压范围。但是，启动电压要求为 1.65V；在 1.71V 时，闪存访问和电源电压监控均可使 用。 DC/DC稳压器必须 在 2V 以上的 电压 时 才能工作。 LDO 则可以 在低至 1.62V 的电压下开始工作 。 MSP432 产品培训 201523 第三章 电源系统 芯片内部提供 两种内部电压稳压器： LDO 和 DC/DC稳压器。 默认情况下，在启动时始终选择 LDO 稳压
22、器。 这是最通用的稳压器，因为它的工作电压可以从 1.62V 一直到 3.7V。 LDO 可用于所有 的 低功耗模式 和正常活跃模式中 。它还非常灵活并可扩展，能够根据所使用的低功耗模式产生不同的输出负载。 LDO 还支持快速开关 、 切换操作，当您的应用需要在 活跃模式 与低功耗模式之间频繁切换时，这种特性 会 带来极大的便利。 另一方面， DC/DC稳压器作为辅助稳压器，它还需要 外接 一个电感器，因此需要在系统中考虑额外成本。它的工作电压范 围 比较小， 从 2V 开始一直到 3.7V。 DC/DC稳压器只能用于 LPM0 模式以及 活跃 工作模式。因此，虽然在工作 电压 范围方面存在不
23、足，但其优点在于效率，极其适合高速和高负载 的应用 工作。 DC/DC稳压器还需要较长时间从 LDO切换 开启和关闭。如果 Vcc 降至 2V 以下， DC/DC稳压器将自动开启失效防护 及 切换模式，并返回到 LDO供电 。 而 一旦 Vcc 再次升至 2.0V 以上，此时将自动切回 DC/DC稳压器 供电 。 MSP432 产品培训 201524 第三章 电源系统 现在， 让我们快速 的 了解一下 MSP432 各种 灵活的功耗模式。 MSP432 系列引入了您可能在 MSP430 上看到的类似功耗模式，其中包括工作模式、 LPM0、 LPM1、 LPM3.5 和 LMP4.5 等 模式。
24、但此系列 还新 引入了两个 低功耗 模式。 首先，让我们从工作模式开始。在工作模式下， 可以根据所需的功耗和性能，选择不同的内核电压。 当系统需要在 0-24MHz 之间运行时，可使用 Vcore 0内核 电压。此时可使用任意稳压器： LDO 或 DC/DC稳压器。为了在较高 得工作 频率 下 实现高性能，例如 系统运行 在 24-48MHz 之间时，强烈建议此情况下采用 DC/DC稳压器。使用 LDO 时，电流消耗约为 166uAh，而在工作模式下的电流消耗约为 100mAh。 MSP432 引入了两种新模式，这 两种新 模式均为低频模式。低频模式属于特殊模式，这种模式保持系统中的所有部分
25、都 处于工作状态，这可能包括 CPU。 但是，所有时钟必须小于或等于 120KHz。这样一来，整个系统的电流消耗为 70uAh 或更少。 MSP432 产品培训 201525 第三章 电源系统 LPM0 模式与 MSP430 的 LPM0模式 很相似；在此模式下，除 CPU 和主时钟外的所有外设和时钟均处于工作状态。 在此模式下，电流消耗介于 65-100uA/MHz 之间，具体取决于所使 用的稳压器。 接下来的 LPM3 和 LPM4 也是您以前可能在 MSP430 上见过的低功耗模式。 在这些模式下，系统的所有部分都必须工作在至少 32KHz 的频率 下 。 在该模式下， CPU处于关闭状
26、态， SRAM数据保留， RTC看门狗 和 GPIO口 均 处于工作模式 。这些 工作的部件均可 作为可能的唤醒源，可以唤醒 器件，并使器件进入 工作模式。在 LPM3 模式下， MSP432 的功耗约为 850nA。 最后但也 最 重要的是， LPM3.5 和 LMP4.5 同样类似于 MSP430 的 相应 模式。在这些模式中，整个系统均 被 关闭。在 LPM3.5模式下， SRAM数据仍可保留，但内核逻辑和所有其他部分均关闭，必须且只能由 RTC来管理低功耗模式持续的时间。 在 LPM3.5模式下，可 通过 RTC中断，或者 通过 其他 端口 的中断事件来 唤醒器件。在 LPM3.5模式
27、下，也 可 通过 复位或 GPIO口 使器件恢复工作状态。 MSP432 产品培训 201526 第三章 电源系统 有必要记住的一点是， MSP432将 MSP与 Cortex M 架构完美融合， 可以 使用 同这两种架构相同 的睡眠和唤醒机制来唤醒 器件或者进入 睡眠状态。您可以使用多种方法来指示器件进入睡眠状态或唤醒。 您可以使用 Cortex M的 CMSIS 指令，例如 _。您 也 可以 按照 MSP 固有 的 惯例，例如 GoTo LPM0 或 GoTo LPM3来进入各种低功耗模式 。除了固有惯例，我们还提供了一组驱动程序库 的 调用 API，让您轻松 进行模式 切换。 最后在本
28、章讲解 电源部分需要牢记的一点，也希望这是您记住的最重要的一点：有一个名为 PCM_SetPowerSave 的非常强大的驱动程序 API，这 个简单的 API 可让您在器件内的所有可用 功耗模式 之间 自如 转换。通过它 您 可以更改 功耗 模式、更改 Vcore选项 以及在DC/DC稳压器和 LDO 之间切换。 MSP432 培训系列 的 第三部分 关于电源的讲解 到此结束。 MSP432 产品培训 201527 未完待续。 未完待续。 重重要要声声明明德州仪器(TI)及其下属子公司有权根据JESD46最新标准,对所提供的产品和服务进行更正、修改、增强、改进或其它更改，并有权根据JESD4
29、8最新标准中止提供任何产品和服务。客户在下订单前应获取最新的相关信息,并验证这些信息是否完整且是最新的。所有产品的销售都遵循在订单确认时所提供的TI销售条款与条件。TI保证其所销售的组件的性能符合产品销售时TI半导体产品销售条件与条款的适用规范。仅在TI保证的范围内，且TI认为有必要时才会使用测试或其它质量控制技术。除非适用法律做出了硬性规定，否则没有必要对每种组件的所有参数进行测试。TI对应用帮助或客户产品设计不承担任何义务。客户应对其使用TI组件的产品和应用自行负责。为尽量减小与客户产品和应用相关的风险，客户应提供充分的设计与操作安全措施。TI不对任何TI专利权、版权、屏蔽作品权或其它与使
30、用了TI组件或服务的组合设备、机器或流程相关的TI知识产权中授予的直接或隐含权限作出任何保证或解释。TI所发布的与第三方产品或服务有关的信息，不能构成从TI获得使用这些产品或服务的许可、授权、或认可。使用此类信息可能需要获得第三方的专利权或其它知识产权方面的许可，或是TI的专利权或其它知识产权方面的许可。对于TI的产品手册或数据表中TI信息的重要部分，仅在没有对内容进行任何篡改且带有相关授权、条件、限制和声明的情况下才允许进行复制。TI对此类篡改过的文件不承担任何责任或义务。复制第三方的信息可能需要服从额外的限制条件。在转售TI组件或服务时，如果对该组件或服务参数的陈述与TI标明的参数相比存在
31、差异或虚假成分，则会失去相关TI组件或服务的所有明示或暗示授权，且这是不正当的、欺诈性商业行为。TI对任何此类虚假陈述均不承担任何责任或义务。客户认可并同意，尽管任何应用相关信息或支持仍可能由TI提供，但他们将独力负责满足与其产品及在其应用中使用TI产品相关的所有法律、法规和安全相关要求。客户声明并同意，他们具备制定与实施安全措施所需的全部专业技术和知识，可预见故障的危险后果、监测故障及其后果、降低有可能造成人身伤害的故障的发生机率并采取适当的补救措施。客户将全额赔偿因在此类安全关键应用中使用任何TI组件而对TI及其代理造成的任何损失。在某些场合中，为了推进安全相关应用有可能对TI组件进行特别
32、的促销。TI的目标是利用此类组件帮助客户设计和创立其特有的可满足适用的功能安全性标准和要求的终端产品解决方案。尽管如此，此类组件仍然服从这些条款。TI组件未获得用于FDA Class III（或类似的生命攸关医疗设备）的授权许可，除非各方授权官员已经达成了专门管控此类使用的特别协议。只有那些TI特别注明属于军用等级或“增强型塑料”的TI组件才是设计或专门用于军事/航空应用或环境的。购买者认可并同意，对并非指定面向军事或航空航天用途的TI组件进行军事或航空航天方面的应用，其风险由客户单独承担，并且由客户独力负责满足与此类使用相关的所有法律和法规要求。TI已明确指定符合ISO/TS16949要求的产品，这些产品主要用于汽车。在任何情况下，因使用非指定产品而无法达到ISO/TS16949要求，TI不承担任何责任。产产品品应应用用数字音频 -数字信号处理器 NOTICEMailing Address: Texas Instruments, Post Office Box 655303, Dallas, Texas 75265Copyright 2015, Texas Instruments Incorporated
