III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

В настоящее время активно развивается мультимедийное направление, которое требует выполнения всё более сложных алгоритмов обработки информации, что увеличивает вероятность достижения предела возможностей любого встраиваемого микроконтроллера (МК). Алгоритмы быстрого преобразования Фурье (БПФ), инверсного дискретного косинусного преобразования (iDCT) и другие математически-насыщенные алгоритмы, которые редко реализовывались на встраиваемых МК еще несколько лет назад, становятся более востребованными сегодня. В мультимедийных системах такие алгоритмы, как правило, используются для кодирования/декодирования данных, в т.ч. форматов MP3 и MPEG-4. Это требует высокой производительности элементной базы, на которой построены указанные приборы.

Задача повышения производительности решается за счет увеличения рабочей тактовой частоты процессора либо реализации многоядерных решений (ARM+DSP). По причине высокого энергопотребления такие решения могут использоваться не во всех встраиваемых системах.

При этом складываются следующие требования к МК:  высокая производительность; низкое энергопотребление; высокая степень интеграции; простота использования; развитые средства разработки.

Задачей построения МК с перечисленными выше требованиями еще в 2001 году занялась группа разработчиков компании Atmel, которая предложила решать её не повышением тактовой частоты, а улучшением архитектуры ядра процессора, который должен выполнить максимальное количество действий за один такт.

Первым семейством МК, выполненных на RISC ядре AVR32, стало семейство AP7. Его отличительной особенностью является 7-стадийный конвейер обработки инструкций, обеспечивающий высокую производительность. Также они содержат наборы инструкций DSP и SIMD, значительно повышающих производительность операций цифровой обработки сигнала. Помимо реализации на основе нового процессорного ядра данные МК примечательны степенью интеграции: в их состав интегрированы практически все функциональные блоки, необходимые для реализации мультимедийных систем, использующихся в сотовых телефонах, цифровых камерах, персональных цифровых помощниках, автомобильной и домашней аудио/видеотехнике, ТВ-приставках, сетевом оборудовании, промышленных принтерах и одноплатных компьютерах. МК полностью интегрируют тракт ввода (интерфейс фотоприемника изображения), обработки (сопроцессор векторного умножения для оптимизации масштабирования изображений и преобразования форматов YUV/RGB) и вывода (графический контроллер TFT/STN ЖК-дисплея с разрешающей способностью 640x320 и 320x240) графической информации. Для вывода звуковой информации предусмотрен 16-битный аудио ЦАП и цифровой интерфейс I2S/AC`97. Кроме того, МК оснащены обширными инструментами для организации последовательного и параллельного обмена данными, в т.ч. трансивер USB 2.0 480 Мбит/сек, 2-канальный контроллер Ethernet (опционально), интерфейс IDE, интерфейс карт памяти CF/SD/MMC, а также порты IrDA, 3xSPI, I2C, 3xSSC, 4xУСАПП.

В состав семейства входят три МК AT32AP7000, AT32AP7001, AT32AP7002. Вслед за семейством AP7 компания Atmel еще одно семейство 32-разрядных микроконтроллеров AVR32 UC3. По сути, ядро UC3 представляет собой урезанную версию ядра AP7.

Для ядра AVR32 фирма IAR Systems разработала компилятор языка С. В качестве альтернативы этому коммерческому продукту предлагается бесплатный компилятор GCC, который по компактности кода проигрывает в 1,5-2 раза.

В качестве аппаратного средства разработки предлагается стартовый набор. В состав набора включен дистрибутив ОС Linux. Единственным на сегодняшний день недостатком построения системы на базе этой ОС является необходимость использования компилятора GCC, так как продукт IAR Systems не может компилировать проекты на основе Linux.

Литература

1. Jo Uthus, Joyvind Strjom. "MCU Architectures for Compute-Intensive Embedded Applications" // http://www.atmel.com/
2. http://www.eemoc.org/
3. http://www.avrfreaks.net/