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智能锁主控芯片选型小知识
发布时间:2020-11-18
转载:浙江省智能锁具创新服务综合体

摘要:智能锁经过几十年的发展,已经从单一的酒店刷卡锁走进千家万户,功能越来越丰富。谈起智能锁,必然要问,智能锁功耗低不低,使用安不安全,稳不稳定?要做好这些功能,智能锁电路板的设计必然是一个重要的环节。而设计电路板,第一步便是电路板的主控芯片选型了。


智能锁经过几十年的发展,已经从单一的酒店刷卡锁走进千家万户,功能越来越丰富。谈起智能锁,必然要问,智能锁功耗低不低,使用安不安全,稳不稳定?要做好这些功能,智能锁电路板的设计必然是一个重要的环节。而设计电路板,第一步便是电路板的主控芯片选型了。

下面为大家一起分享电路板主控芯片选型的相关知识。


主控芯片一般采用功耗低的单片机。老一辈的从业者在学习时,必须学51单片机,经过发展现在ARM在工业界得到了广泛的应用,可以说,聊起嵌入式,必说ARM。如果做智能锁,我们怎么去进行ARM的选型呢?

在说ARM之前,必须得解释一下,ARM公司本身只是做IP核(最核心部件),国内的华为海思,瑞星微等公司,是在ARM的IP核上,开发出自己的ARM芯片。国内已经有很多ARM相关的公司,做出了大量的芯片。

即然后有的ARM芯片,最核心的内容是ARM的IP核。那么,当我们把ARMIP核理解清楚之后,就可以很好的找到对应的公司所产的ARM芯片了。


ARM发展史

首先还是得聊一聊ARM的发展历史。有一张图可以说明ARM的发展。

1_副本.jpg

通过图中我们可以分析出来。ARM的架构从ARMv1已经发展到ARMv8了,目前阶段,ARMv8已经有很多演化版本。对应着架构的发展,指令集也从32位指令集发展到32/64兼容的指令集。

ARM的版本,经过了一系列的迭代过程:

ARM1 – ARM11:属于经典版本(Classic)

Cortex A (Application):主要用于ARM的应用处理器,主要运用于手机,机顶盒等高端设备。

Cortex R (Real-time): 强调实时性,这一系列的产品主要运用于网关,交换机等对实时性要求高的场合。

Cortex M (Microcontroller): 为超低功耗需求提供的解决方案。

绝大多数的低功耗门锁,会选择Cortex M方案但是对于现在的安防,人脸可视锁,或者门锁一体化设备,在不考虑功耗的情况下,为了功能的拓展,会考虑Cortex A系列的方案。


组件选择

由于低功耗的锁占主流,那么我们就来分析一下Cortex M系列的单片机又要如何选型。

首选要说明的是Arm Cortex M系列的版本,已经从Cortex M0演化到Cortex M35P了。所以对于每一个型号,功能做进一步分析,很容易选出来。

我们先看一下Cortex M系列的功能可选组件:

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表格中的Optional表示ARM的IP核可以提供这些功能,但是具体的芯片是否有这些功能,要芯片厂商决定。

24位的系统时钟,在M3,M4,M7,M33,M35系列中都支持。有这个时钟,可以很方便的进行任务的管理。也就意味着,单片机的软件开发,如果用操作系统,非裸机系统,就要考虑系统时钟的功能了。

Bit-Band(位带)内存,ARM将片上内存管理起来,对于某一片区域,用Bit-Band的一位可以操作。也就意味着,操作了这一位,相当于操作了对应了一块内存区域。如果不使用互斥锁时,也可以保证共享资源的安全。所以如果软件开发中用到了操作系统的概念,用Bit-Band区域操作,是一个非常好的选择。

关于指令与数据的TCM(Tightly Coupled Memory),一般指的是高速缓存。如果对于数据处理速度有高要求的,可以选用这一个功能。

从这些功能选择,Cortex M3, M4, M7系列,是智能锁的主控芯片最好的选择系列。


指令集对比

除了IP核的功能之外,指令集对比是一个重要事项:

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包括计算机的架构,包含了两种,一种是通用的冯诺依曼架构,一种是哈佛架构。在不同的版本上也有区别。要提到的是,哈佛架构把数据指令和控制指令分开,有助于提升数据处理速度。

对于不同种类的指令集的支持,以及指令集的特性,也有区别。如果是智能锁的只涉及到通用的一些状态上报,则有基本的指令集支持即可。如果需要图像方面的处理,DPS或者是FPU的指令集支持,如果在片上做安全相关的一些功能,比如防止重刷ROM,那么则需要考虑TrustZone功能。

需要说明的是,不光IP核要支持这个功能,还要查询芯片的文档,看一下是否真正提供所需的功能。如果对于指令体的具体内容不太清楚,可以参考这一张图,了解具体区别:

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对比了Arm Cortex M系列的这些特性,那么通用的代表性芯片是哪些呢?

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以上就是不同的版本对应的不同芯片厂商。

完成了ARM的IP核的功能讨论之后,即可以根据Cortex M系列对应的芯片生产厂商,选择性价比较适合的芯片了。


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