华大电子MCU-CIU32F011x3、CIU32F031x5系统及存储器架构

本文介绍华大电子CIU32F011x3、CIU32F031x5系列32位微控制器的系统架构与存储器特性。采用ARMCortexM0处理器,支持低功耗高性能应用。文中详细阐述了其32位多层总线结构、存储器映射及其预定义规则。

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  1. 系统及存储器架构
    华大电子MCU CIU32F011x3、CIU32F031x5 器件是基于 ARM Cortex M0 处理器的 32 位通用微控制器存储器芯片。采用了哈佛结构,具有低中断延迟时间和低成本调试特性,而且高集成度和增强的特性使这颗处理器
    适合于那些需要高性能和低功耗微控制器的市场领域。预先定义的存储器映射和高达 4GB 的存储空间,充分保证了系统的灵活性和可扩展性。
    4.1. 系统架构
    华大电子MCU CIU32F011x3、CIU32F031x5 器件采用 32 位多层总线结构,该结构可使系统中的多个主机和从机之间的并行通信成为可能。多层总线结构包括一个 AHB 互联矩阵、两个 AHB 总线和两个 APB 总线。AHB互联矩阵的互联关系接下来将进行说明。
    CIU32F011x3、CIU32F031x5 主系统由以下两部分构成
    • 2 个驱动单元
    – CPU 内核系统总线(S-bus)
    – DMA 总线
    • 2 个存储单元
    – 内部闪存存储器
    – 内部 SRAM
    在这里插入图片描述

系统总线
此总线连接 CPU 内核的系统总线(外设总线)到总线矩阵,总线矩阵协调着内核和各个高速部件间的访问。
DMA 控制器
此总线将 CPU 与各外设模块访问相联竞争,协调访问优先级,仲裁等。
总线矩阵(Bus Matrix)
• 总线矩阵管理着内核系统总线与各外设模块的访问仲裁,总线矩阵由主模块总线及从模块总线组成。
• AHB 外设通过总线矩阵与系统总线相连。
• AHB 到 APB 桥(AHB2APB bridges-APB)。
• AHB 到 APB 桥在 AHB 与 APB 总线间提供同步连接。
注:当对 APB 寄存器进行 8 位或者 16 位访问时,该访问会被自动转换成 32 位的访问;桥会自动将 16 位或者 8 位的数据扩展以配合 32 位的宽度。
4.2. 存储器映射
此 32 位处理器采用同一套总线来读取指令和加载/存储数据。指令代码和数据都位于相同的存储器地址空间,但在不同的地址范围。程序存储器,数据存储器,寄存器和 IO 端口都在同一个线性的 4GB 的地址空间之内。这是 32 位处理器的最大地址范围,因为它的地址总线宽度是 32 位。此外,为了降低不同客户在相同应用时的软件复杂度,存储映射是按 32 位处理器提供的规则预先定义的。在存储器映射表中,一部分地址空间由 32 位处理器的系统外设所占用,且不可更改。此外,其余部分地址空间可由芯片供应
商定义使用。CIU32F011x3、CIU32F031x5 器件的存储器映射表显示了 CIU32F011x3、CIU32F031x5器件的存储器映射,包括代码、SRAM、外设和其他预先定义的区域。简化了每个外设的地址译码。

要使用 CIU32F031 芯片实现 I2C 通信的模拟,通常采用软件模拟的方式,因为该芯片可能没有额外的硬件 I2C 接口可供使用,或者用户希望灵活控制通信过程。以下是实现模拟 I2C 通信的基本方法和步骤: ### 1. 选择 GPIO 引脚模拟 SDA 和 SCL 信号 CIU32F031 提供了丰富的 GPIO 资源,可以选择两个 GPIO 引脚分别作为 I2C 的 SDA(数据线)和 SCL(时钟线)。这两个引脚需要支持开漏输出和上拉功能,以符合 I2C 总线协议的要求。 ### 2. 初始化 GPIO 引脚 将选定的 GPIO 配置为开漏输出模式,并启用内部上拉电阻,或者外部加上拉电阻,确保总线在空闲时保持高电平。 ### 3. 实现 I2C 协议的基本时序 根据 I2C 协议标准,模拟 I2C 需要实现以下基本操作函数: - **起始条件(START)**:SDA 从高变低,同时 SCL 为高电平。 - **停止条件(STOP)**:SDA 从低变高,同时 SCL 为高电平。 - **发送一个字节(Write Byte)**:逐位发送 8 位数据,高位在前。 - **接收一个字节(Read Byte)**:逐位读取 8 位数据,高位在前。 - **应答信号(ACK/NACK)**:接收方在第 9 个时钟周期拉低 SDA 表示应答(ACK),否则为非应答(NACK)。 ### 4. 控制延时以满足时序要求 由于是软件模拟,必须通过延时函数控制 SCL 的高低电平持续时间,以满足 I2C 的通信速率(如 100 kbps 或 400 kbps)。延时函数可以通过简单的循环实现。 ### 5. 示例代码 以下是一个基于 C 语言的简化模拟 I2C 驱动代码示例: ```c #include "ciu32f031.h" #define I2C_SCL_PIN GPIO_PIN_5 #define I2C_SDA_PIN GPIO_PIN_6 #define I2C_PORT GPIOA void I2C_Delay(void) { for (volatile int i = 0; i < 100; i++); } void I2C_Start(void) { I2C_SDA_HIGH(); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SDA_LOW(); I2C_Delay(); I2C_SCL_LOW(); I2C_Delay(); } void I2C_Stop(void) { I2C_SDA_LOW(); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SDA_HIGH(); I2C_Delay(); } void I2C_WriteByte(uint8_t byte) { for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { if (byte & 0x80) { I2C_SDA_HIGH(); } else { I2C_SDA_LOW(); } I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SCL_LOW(); I2C_Delay(); byte <<= 1; } // 等待ACK I2C_SDA_HIGH(); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SCL_LOW(); } uint8_t I2C_ReadByte(void) { uint8_t byte = 0; I2C_SDA_HIGH(); for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { byte <<= 1; I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); if (I2C_SDA_READ()) { byte |= 0x01; } I2C_SCL_LOW(); I2C_Delay(); } // 发送NACK I2C_SDA_LOW(); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SCL_LOW(); return byte; } ``` ### 6. 调试与优化 - 使用逻辑分析仪或示波器检查 SDA 和 SCL 的波形是否符合 I2C 协议。 - 根据实际通信速率调整延时函数。 - 确保外设器件的地址和寄存器配置正确。 CIU32F031 的低功耗特性(运行功耗:50μA/MHz;休眠功耗:低至1μA)使其在电池供电设备中表现优异[^2]。因此,模拟 I2C 通信在智能家居、IoT 传感器等低功耗应用场景中具有较高的实用价值。
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