深入剖析CP3CN17可重编程连接处理器

在嵌入式系统开发领域，一款性能卓越、功能丰富的处理器是实现高效稳定系统的关键。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）的CP3CN17可重编程连接处理器，看看它究竟有哪些独特之处。

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一、总体概述

CP3CN17连接处理器是一款高度集成的微计算机，它将强大的RISC核心、片上SRAM和闪存、硬件通信外设以及外部总线集成在一起，具备高计算带宽、高I/O带宽和系统扩展性。其片上通信外设丰富多样，包括CAN控制器、ACCESS.bus、Microwire/Plus、SPI、UART和高级音频接口（AAI）等。同时，还有DMA控制器、CVSD/PCM转换模块、定时和看门狗单元、多功能定时器等片上外设。此外，德州仪器还为CP3CN17提供了丰富的软件资源，包括操作系统、外设驱动、参考设计和集成开发环境，助力开发者快速将产品推向市场。

二、主要特性

（一）CPU特性

CP3CN17采用全静态RISC处理器核心，可在0 - 24 MHz频率下运行，零等待/保持状态。以12 MHz外部输入为基础，内部时钟频率为24 MHz时，指令周期时间最短可达41.7 ns。它还拥有30个独立向量外设中断，能有效处理各种外部事件。

（二）片上内存

• 闪存程序内存：256K字节的可重编程闪存程序内存，用于存储应用程序和实时操作系统，且具备安全特性，可防止意外编程和未经授权的程序代码访问。
• 闪存数据内存：8K字节的闪存数据内存，用于非易失性存储最终用户输入的数据，如配置设置。
• 静态RAM：10K字节的静态RAM，用于临时数据存储、程序栈和中断栈。读写操作可根据CPU执行的指令进行字节或字宽操作。
• 外部内存：100引脚封装的设备可支持高达8M字节的外部内存扩展。

（三）硬件通信外设

• CAN接口：完整的CAN接口，具有15个消息缓冲区，符合CAN规范2.0B主动模式，适用于高速（最高1Mbits每秒）或低速通信。
• ACCESS.bus：串行总线，与飞利浦I2C总线兼容。
• SPI和Microwire/Plus：支持8/16位串行接口。
• UART：通用异步收发器，支持多种可编程波特率和数据格式。
• AAI：高级音频接口，可连接外部8/13位PCM编解码器以及通过IOM - 2接口连接ISDN控制器（仅支持从模式）。
• CVSD/PCM转换器：支持一个双向音频连接。

（四）通用硬件外设

• 多功能定时器：双16位多功能定时器，可实现多种定时和计数功能。
• 通用定时器单元（VTU）：包含四个子系统，可灵活配置工作模式。
• DMA控制器：四通道DMA控制器，可加速数据传输。
• 定时和看门狗单元：实时定时器和看门狗单元，确保系统稳定运行。

（五）灵活的I/O

• I/O引脚：最多40个通用I/O引脚，与片上外设I/O引脚共享。
• 可编程特性：I/O引脚特性可完全编程，支持三态输出、推挽输出、弱上拉输入和高阻抗输入，通用输入还配备施密特触发器。
• 多输入唤醒：支持多输入唤醒功能，可从低功耗模式中唤醒系统。

（六）电源和时钟管理

• 锁相环：片上锁相环，支持多种时钟选项。
• 双时钟和复位：提供双时钟和复位功能。
• 低功耗模式：支持多种低功耗模式，包括活动模式、节能模式、空闲模式和暂停模式。

（七）电源供应和温度范围

• 电源电压：I/O端口工作电压为2.5 V - 3.3 V，核心逻辑工作电压为2.5 V，片上具备上电复位功能。
• 温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，适用于工业环境。

（八）封装形式

提供CSP - 48和LQFP - 100两种封装形式，满足不同应用需求。

（九）开发环境

德州仪器为CP3CN17提供了完整的开发环境，包括预集成的硬件和软件支持、集成环境、项目管理器和多文件C源编辑器，方便开发者进行快速原型设计和生产。

三、器件详细介绍

（一）CR16C CPU核心

CP3CN17采用CR16C CPU核心模块，其流水线架构和双字节/周期流水线系统总线实现了高性能，CPU可支持每个时钟周期执行一条指令的峰值执行速率。

（二）内存

CP3CN17支持高达16兆字节的统一线性地址空间，片上内存分为三种类型：闪存程序内存、闪存数据内存和静态RAM。外部总线仅在100引脚封装的设备上可用，可扩展高达8M字节的外部内存。片内会为闪存程序和数据内存编程生成必要的电压，无需额外电源。

（三）输入/输出端口

该器件最多有40个软件可配置的I/O引脚，分为五个8引脚端口。每个引脚可配置为通用输入或输出，也可作为片上外设模块的输入或输出。I/O引脚特性可完全编程，以满足不同的应用需求。

（四）总线接口单元（BIU）

BIU控制对内部/外部内存和I/O的访问，通过一组控制寄存器确定总线访问的参数，如内存访问的等待状态和保持状态。启动时，配置寄存器设置为最慢的内存访问模式，为实现最快的程序执行，需要根据时钟频率和外部设备类型进行适当编程。

（五）中断控制单元（ICU）

ICU接收来自内部和外部源的中断请求，并向CPU生成中断。定时器、UART、Microwire/SPI接口和多输入唤醒等产生的中断为可屏蔽中断，可通过软件启用或禁用。最高优先级的中断是非屏蔽中断（NMI），由NMI输入引脚接收到的信号触发。

（六）多输入唤醒（MIWU）

MIWU模块有两个用途：一是从暂停、空闲或节能模式中唤醒系统；二是提供来自外部源的通用边沿触发可屏蔽中断。该模块有16个输入通道，可根据接收到的信号生成四个可编程中断到CPU，通道可单独启用或禁用，并可编程响应正或负边沿。

（七）三重时钟和复位

该模块从外部晶体网络生成高速主系统时钟，同时提供主系统复位信号和上电复位功能。它还可从可选的外部晶体网络生成低速系统时钟（32.768 kHz），用于节能模式操作。此外，还提供两个从高速时钟分频得到的独立时钟输出。该模块为CP3CN17的各个片上模块提供所需的时钟信号。

（八）电源管理

CP3CN17支持四种电源模式：

• 活动模式：设备使用高频时钟全速运行，所有功能完全正常。
• 节能模式：设备使用低速时钟以降低速度运行，CPU和部分模块可继续以低速运行。
• 空闲模式：除电源管理模块和定时及看门狗模块外，设备处于非活动状态，这两个模块使用低速时钟继续运行。
• 暂停模式：设备处于非活动状态，但保留其内部状态（RAM和寄存器内容）。

（九）多功能定时器（MFT）

MFT模块包含一对16位定时器/计数器寄存器，可配置为以下几种模式：

• 处理器独立脉冲宽度调制（PWM）模式：生成指定宽度和占空比的脉冲，提供通用定时器/计数器功能。
• 双输入捕获模式：测量外部事件发生之间的时间间隔，提供通用定时器/计数器功能。
• 双独立定时器模式：生成系统定时信号或计数外部事件的发生次数。
• 单输入捕获和单定时器模式：提供一个外部事件计数器和一个系统定时器。

（十）通用定时器单元（VTU）

VTU模块包含四个独立的定时器子系统，每个子系统可配置为双8位PWM、单16位PWM定时器或带两个输入捕获通道的16位计数器。每个子系统都有一个8位时钟预分频器，以适应广泛的频率范围。

（十一）定时和看门狗模块（TWM）

TWM模块包含实时定时器和看门狗单元。实时时钟定时功能可用于生成基于实时的周期性系统中断，定时器输出是多输入唤醒模块的16个输入之一，可用于从节能模式中唤醒系统。看门狗单元用于检测应用程序是否陷入无限循环，当触发时会重置设备。TWM由低速系统时钟驱动。

（十二）UART

UART支持多种可编程波特率和数据格式、奇偶校验生成和多种错误检测方案。波特率由片上软件控制生成，还可通过多输入唤醒模块从节能模式中唤醒。

（十三）Microwire/SPI

Microwire/SPI接口模块支持与符合Microwire或串行外设接口（SPI）规范的其他设备进行同步串行通信，支持8位和16位数据传输。该接口可作为主设备或从设备运行，在主模式下，移位时钟由片上软件控制生成；在从模式下，可通过多输入唤醒模块从节能模式中唤醒。

（十四）CAN接口

CAN模块包含完整的CAN 2.0B类CAN串行总线接口，适用于需要高速或低速接口以及CAN总线主能力的应用。CAN与CPU之间的数据传输通过15个内存映射消息缓冲区实现，可单独配置为接收或发送缓冲区。消息通过两个掩码进行过滤，优先级解码器可设置任何缓冲区的最高或最低发送优先级。此外，还提供一个16位宽的时间戳计数器，支持实时应用。CAN模块还具备诊断功能，如回环、仅监听和错误识别，为开发提供了强大的错误管理工具。CAN接收器可通过多输入唤醒模块从低功耗模式中唤醒系统。

（十五）ACCESS.bus接口

ACCESS.bus接口模块（ACB）是一个两线串行接口，与Intel的系统管理总线（SMBus）和飞利浦的I2C总线兼容。ACB模块可配置为主设备或从设备，可与多个主设备和从设备进行双向通信。ACCESS.bus接收器可通过多输入唤醒模块从低功耗模式中唤醒系统。

（十六）DMA控制器

直接内存访问控制器（DMAC）可加速内存与I/O设备之间或两个内存之间的数据传输，采用周期窃取方法使CPU和DMAC可并行使用核心总线。DMAC实现了四个独立的DMA通道，可接收来自主源、次源的DMA请求以及CPU直接发出的软件DMA请求。

（十七）高级音频接口（AAI）

AAI提供与编解码器和类似串行设备的串行同步、全双工接口。发送和接收路径可异步操作，每个路径使用三个信号进行通信：移位时钟、帧同步和数据。接口可处理8位或16位长度的数据字，数据帧最多可包含四个时隙。在正常模式下，接口以周期性速率传输一个字；在网络模式下，以周期性速率传输多个字。

（十八）CVSD/PCM转换模块

该模块执行CVSD和PCM数据之间的转换，其中CVSD编码符合蓝牙规范1.0，PCM数据可以是8位μ - Law、8位A - Law或13位至16位线性。

（十九）串行调试接口（SDI）

SDI模块提供基于JTAG的串行链接到外部调试器，集成了片上调试模块，允许用户在指令执行和数据传输上设置最多四个硬件断点。SDI模块可作为CPU总线主设备访问所有内存映射资源，还可通过JTAG接口将程序快速下载到片上闪存程序内存中。需要注意的是，SDI模块可能会断言冻结模式以收集信息，可能导致响应（总线可用性、中断延迟等）出现周期性波动。

（二十）开发支持

德州仪器为CP3CN17提供了丰富的软件资源和完整的应用开发环境，包括IAR Embedded Workbench、iSYSTEM winIDEA和iC3000 Active Emulator、开发板和应用程序软件等，帮助开发者快速开发产品。

综上所述，CP3CN17连接处理器凭借其丰富的功能、高性能和良好的扩展性，在嵌入式系统开发中具有很大的优势。各位电子工程师在设计相关产品时，不妨考虑一下这款处理器，相信它能为你的项目带来意想不到的效果。你在使用类似处理器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。