引 言
AT91FR40162是美国Atmel公司生产的AT91系列微控制器中的一员，具有ARM7TDMI核、大容量Flash存储器以及片内SRAM和外围。这种微控制器的特点是高性能--32位RISC体系结构、高密度--16位指令集、低功耗以及实时性，扩充的Flash存储器还增加了开发者使用的灵活性。除此以外，大量的内部分组寄存器加速了对异常的处理过程，从而使其更适合于实时控制的应用。8级基于向量的优先级中断控制器和外围数据控制器PDC大大增强了实时器件的性能。此器件适用于开发工业自动化系统、MP3、销售终端、GPS接收机以及无线网络产品等对功耗敏感且要求具有实时性的产品。AT91FR40162微控制器的特点是在一个121-ball BGA封装中集成了256 KB的片内SRAM和16 Mbit的Flash存储器。它为许多计算密集的嵌入式控制应用领域提供了功能强大、使用灵活且性价比高的解决方案，同时还可以帮助用户减小PCB尺寸和系统成本。Flash存储器可以通过JTAG/ICE接口或者厂家编写的Flash Uploader软件进行编程，从而使AT91FR40162适合于在系统可编程应用。
1 功能框图及产品特点
AT91FR40162的功能框图如 图1所示。
AT91FR40162的主要特点是：ARM7TDMI处理器核、256 KB的片内SRAM和1024 K字的16位Flash存储器、完全可编程的外部总线接口EBI、具有8个优先级且可以独立屏蔽的向量中断控制器、32个可编程的I/O口线、3通道的16位定时器/计数器、2个通用同步/异步收发器USART、可编程的看门狗定时器、先进的省电特性、完全静态的操作、2.7~ 3.6 V的I/O工作范围和1.65~1.95 V的内核工作范围、 -40~85℃的运行温度范围以及121-ball 10 mm×10 mm×1.2 mm BGA封装（球的直径为0.8 mm）。
2 体系结构
AT91FR40162是由Atmel公司的AT91R40008 ARM/Thumb微控制器和1个AT49BV1604A/1614A 16Mbit Flash存储器集成的121-ball BGA封装器件。除了Flash存储器使能信号以外的所有地址、数据和控制信号都是内部互连的。
AT91R40008体系结构包括2条主要总线：先进的系统总线ASB和先进的外围总线APB。ASB被设计为最佳性能，由存储控制器控制。ARM7TDMI通过ASB与片内32位存储器、外部总线接口EBI和AMBA桥进行接口。AMBA桥驱动APB，APB被设计用于访问片内外围并且进行了低功耗优化。
AT91FR40162将ARM7TDMI处理器的ICE端口接到一些专用的引脚上，从而为目标调试提供了完整、低价且易用的调试解决方案。
2.1 存储器
AT91FR40162嵌入了256 KB的内部SRAM。这个内部存储器是单周期访问的，它直接与32位数据总线相连。这样通过使用微控制器的ARM指令集在66 MHz下可以提供60 MIPS的最高性能，同时降低了系统功耗。AT91FR40162以拥有1个外部总线接口EBI为特性，它用于连接外部存储器和专用外围设备。EBI支持8或16位器件并且可以使用2个8位器件来仿真1个16位器件。EBI执行早读协议，与标准的存储器接口相比，能够提供更快的存储器访问速度。AT91FR40162嵌入了1个由1024K个16位字组成的Flash存储器，通过EBI可以访问它。Flash的主要功能是作为程序存储器。1条16位的Thumb指令可以在1个访问周期从Flash存储器被加载。分离的MCU和Flash复位输入（NRST和NRSTF）是为了得到最大的系统灵活性，方便用户自由地根据应用选择复位操作。AT91FR40162集成了一个叫作AT91 Flash Uploader的驻留引导软件。AT91 Flash Uploader软件能够向Flash存储器加载应用软件。
2.2 外 围
AT91FR40162集成了多个外围，它们被分成2类：系统外围和用户外围。所有的片内外围都可以通过AMBA桥接受32位的访问。外围寄存器由控制寄存器、模式寄存器、数据寄存器、状态寄存器和使能/禁止/状态寄存器组成。外围数据控制器PDC在片内USART和片内或片外的存储器之间传输数据，并且无需处理器的介入。最重要的一点是，PDC消除了数据传输中断的额外开销，从而在不需要重新编程起始地址的情况下可以连续传输高达64 KB的数据。这样不仅增加了微控制器的性能，而且降低了功耗。
（1）系统外围
外部总线接口（EBI）通过1条8位或16位数据总线控制外部存储器或外部设备，它通过APB被编程。每一条芯片选择口线有它自己的编程寄存器。省电模块（PS）实现空闲模式（ARM7TDMI核时钟停止直到有下一个中断），并且允许用户根据应用需求调整微控制器的功耗（由独立的外围时钟控制）。先进的中断控制器AIC控制来自内部外围的中断源和4个外部中断口线（包括FIQ），从而为ARM7TDMI提供中断或/和外部中断请求。它通过集成1个8优先级中断控制器以及使用自动向量特性，降低了中断延迟时间。并行输入/输出控制器PIO控制高达32条I/O口线。它使用户可以选择特定的引脚作为片内外围的输入输出，或者作为通用的输入/输出信号。可以编程PIO控制器来检测每条线上的信号发生变化引起的中断。看门狗定时器WD用于防止当软件进入死锁陷阱时产生系统锁定。特殊功能SF模块集成了芯片ID、复位状态和保护寄存器。
（2）用户外围
2个独立配置的USART可以高波特率进行同步或异步通信。每一个USART还包含1个超时寄存器和1个时间确保（Time Guard）寄存器，从而方便了2个专用外围数据控制器PDC通道的使用。
3通道16位的定时器/计数器TC是高度可编程的，它支持捕获或波形模式。每一个TC通道可以被编程为测量或生成不同类型的波形，并且可以检测和控制2个输入/输出信号。TC有3个外部时钟信号。
3 AT91FR40162性能概述
AT91FR40162主要由AT91R40008和16 Mbit的Flash存储器组成。因此AT91FR40162的许多性能与AT91R40008是一样的。
（1）电 源
AT91R40008微控制器有2种类型的供电引脚：
◇ VDDCORE引脚，它为内核提供电源（包括ARM7TDMI、嵌入的存储器和外围）；
◇ VDDIO引脚，它为I/O线提供电源。
一个独立的I/O电源允许灵活地进行调整以适应外部元件的信号电平。
（2）输入/输出
AT91FR40162的I/O引脚所接受的电平以VDDIO的供电为限。复位以后，微控制器的外围I/O初始化成输入以提供给用户最大的灵活性。在每个应用阶段，微控制器的输入最好保持在有效的逻辑电平，以降低功耗。
（3）主时钟
如果MCKI引脚由1个外部源提供，那么AT91FR40162则为一个完全静态的设计，并工作于主时钟MCK（Master CLOCk）下。
主时钟还在引脚MCKO上作为器件的输出，这个引脚与一个通用I/O线复用。当NRST处于活动状态并且发生复位后，MCKO有效并输出MCK信号的映像。必须编程PIO控制器来使用这个引脚作为标准I/O线。
（4）复 位
复位操作将使用户接口寄存器恢复其缺省状态（在每一个外围的用户接口中定义），并强制ARM7TDMI从地址0执行对下一条指令的取指操作。除了程序计数器之外的其它ARM7TDMI寄存器则没有定义复位状态。
（5）NRST引脚
NRST是低电平激活的输入引脚。它被异步激活，但是从复位退出是与MCK内部同步的。MCKI上出现的信号必须在NRST上升沿之前最少10个时钟周期内有效，以确保操作的正确性。第1个取指操作出现在NRST上升沿之后的80个时钟周期。
（6）看门狗定时器复位
看门狗定时器可以被编程用来产生1个内部复位。在这种情况下的复位操作与激活NRST引脚有同样的效果，但是引脚BMS和NTRI不被采样。引导模式和三态模式不被更新。如果NRST引脚被激活并且看门狗定时器触发内部复位，那么NRST引脚具有优先权。
（7）仿真功能
◇ 三态模式
AT91FR40162微控制器提供了1个用于调试目的的三态模式。它使能仿真探头与目标板连接，而不必先从目标板焊下器件。在三态模式下，AT91R40008微控制器的所有输出引脚驱动器都是禁止的。在三态模式下，提供通过外部引脚对Flash的直接访问。这就使得在装配板子之前可以使用传统的Flash编程器对Flash进行编程。为了进入三态模式，NTRI引脚必须在NRST上升沿之前的最后10个时钟周期内保持低电平。对于正常的操作，NTRI引脚必须通过1个高达400 kΩ的电阻复位为高电平。NTRI与I/O线P21和USART1串行数据传输线TXD1多路复用。
◇ JTAG/ICE调试
JTAG/ICE端口支持ARM标准的嵌入式在线仿真。引脚TDI、TDO、TCK和TMS专门用于这种调试功能，并且可以通过外部ICE接口与一个主机相连。在ICE调试模式下，ARM7TDMI核以非JTAG芯片ID作为响应来标识微控制器。这一点不完全符合IEEE1149.1标准。
（8）存储控制器
ARM7TDMI处理器的地址空间为4 GB。存储控制器对内部的32位地址总线进行译码并定义了3种地址空间：
◇ 位于最低4 MB的内部存储器空间；
◇ 中间的地址空间为EBI控制的外部设备（存储器或外围）所保留；
◇ 位于最高4 MB的内部外围空间。
不论在哪一个地址空间，ARM7TDMI只运行于小端模式。
◇ 内部存储器
AT91FR40162微控制器集成了内部SRAM。所有的内部存储器都是32位宽，并且支持字节（8位）、半字（16位）和字（32位）访问，且这些访问都是单周期的。内部SRAM支持Thumb和ARM两种取指方式，并且内部存储器可以存储比ARM指令多1倍的Thumb指令。AT91FR40162微控制器集成了1个256 KB的SRAM存储体。这个存储体映射到地址0x0（重映射命令后），并且允许通过软件修改0x0到0x20之间的ARM7TDMI异常向量。把SRAM放置在片内并使用32位的数据总线带宽增加了微控制器的性能，降低了系统功耗。32位总线与16位相比带宽增加，从而提高了使用ARM指令集和数据处理的效率，这是对ARM7TDMI 先进性能的最佳使用。能够在256 KB的SRAM中动态地更新应用软件是AT91FR40162的另一特性。
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本文关键字：控制器 FLASH ARM单片机，单片机-工控设备 - ARM单片机
