Zypresse PSoC - Cypress PSoC

PSoC 1 IC-Chips
PSoC 1 kapazitives Sensorentwicklungsboard mit MiniProg-Programmierer/Debugger
PSoC 5LP-Entwicklungskit

PSoC (programmierbares System auf einem Chip ) ist eine Familie von integrierten Mikrocontroller- Schaltkreisen von Cypress Semiconductor . Diese Chips umfassen einen CPU- Kern und Mixed-Signal- Arrays konfigurierbarer integrierter analoger und digitaler Peripheriegeräte.

Geschichte

Im Jahr 2002 begann Cypress mit der Auslieferung kommerzieller Mengen des PSoC 1. Um für das PSoC zu werben, sponserte Cypress 2002 und 2004 eine "PSoC Design Challenge" im Circuit Cellar Magazin.

Im April 2013 veröffentlichte Cypress die vierte Generation, PSoC 4. Das PSoC 4 verfügt über eine 32-Bit- ARM-Cortex-M0- CPU mit programmierbaren analogen Blöcken ( Operationsverstärker und Komparatoren), programmierbaren digitalen Blöcken (PLD-basierte UDBs), programmierbarem Routing und flexibles GPIO (beliebige Funktion an jeden Pin routen), einen seriellen Kommunikationsblock (für SPI, UART, I²C ), einen Timer/Zähler/PWM-Block und mehr.

PSoC wird in Geräten verwendet, die so einfach sind wie Sonicare-Zahnbürsten und Adidas-Sneakers und so komplex wie die TiVo- Set-Top-Box. Ein PSoC steuert mit CapSense das berührungsempfindliche Scrollrad des Apple iPod Click Wheel .

2014 erweiterte Cypress die PSoC 4-Familie durch die Integration eines Bluetooth Low Energy- Funkgeräts zusammen mit einem PSoC 4 Cortex-M0-basierten SoC in einem einzigen, monolithischen Chip.

Im Jahr 2016 veröffentlichte Cypress die PSoC 4 S-Serie mit ARM Cortex-M0+ CPU.

Überblick

Eine integrierte PSoC-Schaltung besteht aus einem Kern, konfigurierbaren analogen und digitalen Blöcken sowie programmierbarem Routing und Interconnect. Die konfigurierbaren Blöcke in einem PSoC sind der größte Unterschied zu anderen Mikrocontrollern.

PSoC verfügt über drei separate Speicherbereiche: ausgelagertes SRAM für Daten, Flash-Speicher für Anweisungen und feste Daten und E/A-Register zum Steuern und Zugreifen auf die konfigurierbaren Logikblöcke und Funktionen. Das Gerät wird mit der SONOS- Technologie erstellt.

PSoC ähnelt einem ASIC : Blöcke können mit unterschiedlichsten Funktionen belegt und auf dem Chip verschaltet werden. Im Gegensatz zu einem ASIC ist kein spezieller Herstellungsprozess erforderlich, um die benutzerdefinierte Konfiguration zu erstellen – nur Startcode, der von Cypress's PSoC Designer (für PSoC 1) oder PSoC Creator (für PSoC 3 / 4 / 5) IDE erstellt wird .

PSoC ähnelt einem FPGA darin, dass es beim Einschalten konfiguriert werden muss, aber diese Konfiguration erfolgt durch Laden von Anweisungen aus dem eingebauten Flash-Speicher.

PSoC ähnelt am ehesten einem Mikrocontroller in Kombination mit einem PLD und einem programmierbaren Analog. Code wird ausgeführt, um mit den vom Benutzer spezifizierten peripheren Funktionen (genannt "Komponenten") zu interagieren, wobei automatisch generierte APIs und Interrupt-Routinen verwendet werden. PSoC Designer oder PSoC Creator generieren den Startkonfigurationscode. Beide integrieren APIs, die die vom Benutzer ausgewählten Komponenten nach den Benutzeranforderungen in einer Visual Studio- ähnlichen GUI initialisieren .

Konfigurierbare analoge und digitale Blöcke

Beispiel für einen PsoC-Block

Mit konfigurierbaren analogen und digitalen Blöcken können Designer eingebettete Mixed-Signal-Anwendungen erstellen und ändern. Die digitalen Blöcke sind Zustandsmaschinen, die unter Verwendung der Blockregister konfiguriert werden. Es gibt zwei Arten von digitalen Blöcken, Digital Building Blocks (DBBxx) und Digital Communication Blocks (DCBxx). Nur die Kommunikationsbausteine ​​können serielle E/A-Anwendermodule wie SPI, UART usw. enthalten.

Jeder digitale Block wird als 8-Bit-Ressource betrachtet, die Designer mit vorgefertigten digitalen Funktionen oder Benutzermodulen (UM) konfigurieren oder durch Kombinieren von Blöcken in 16-, 24- oder 32-Bit-Ressourcen umwandeln können. Durch das Verketten von UMs werden 16-Bit-PWMs und Timer erstellt.

Es gibt zwei Arten von Analogblöcken. Die Blöcke mit kontinuierlicher Zeit (CT) bestehen aus einer Operationsverstärkerschaltung und werden als ACBxx bezeichnet, wobei xx für 00–03 steht. Der andere Typ sind die Switch Cap (SC)-Blöcke, die komplexe analoge Signalflüsse ermöglichen und mit ASCxy bezeichnet werden, wobei x die Zeile und y die Spalte des analogen Blocks ist. Designer können jedes Modul an jedes Design anpassen und personalisieren.

Programmierbares Routing und Interconnect

Das flexible Routing von PSoC-Mixed-Signal-Arrays ermöglicht es Entwicklern, Signale freier zu und von I/O-Pins zu routen als bei vielen konkurrierenden Mikrocontrollern. Globale Busse ermöglichen das Signalmultiplexen und das Ausführen von logischen Operationen. Cypress schlägt vor, dass dies Designern ermöglicht, ein Design zu konfigurieren und Verbesserungen einfacher und schneller und mit weniger PCB-Redesigns vorzunehmen als bei einem Ansatz mit digitalen Logikgattern oder konkurrierenden Mikrocontrollern mit festeren Funktionspins.

Serie

Es gibt fünf verschiedene Gerätefamilien, die jeweils auf einem anderen Mikrocontroller-Kern basieren:

  • PSoC 1 — CY8C2xxxx-Serie — M8C-Kern.
  • PSoC 3 – CY8C3xxxx-Serie – 8051- Kern.
  • PSoC 4 – CY8C4xxxx-Serie – ARM Cortex-M0- Kern.
  • PSoC 5/5LP — CY8C5xxxx-Serie — ARM Cortex-M3- Kern.
  • PSoC 6 – CY8C6xxxx-Serie – ARM Cortex-M4- Kern mit einem zusätzlichen ARM Cortex-M0+ -Kern (bei einigen Modellen).
Bluetooth-Niedrigenergie

Ab 2014 bietet Cypress PSoC 4 BLE-Geräte mit integriertem Bluetooth Low Energy (Bluetooth Smart) an. Dies kann verwendet werden, um verbundene Produkte zu erstellen, die die analogen und digitalen Blöcke nutzen. Benutzer können das BLE-Modul direkt im PSoC Creator hinzufügen und konfigurieren. Cypress bietet auch einen vollständigen Bluetooth Low Energy-Stack, der von Mindtree lizenziert wurde, sowohl mit peripherer als auch mit zentraler Funktionalität. Die PSoC 6-Serie umfasst Versionen mit BLE einschließlich Bluetooth 5- Funktionen einschließlich erweiterter Reichweite oder höherer Geschwindigkeit.

Zusammenfassung

PSoC 1 PSoC 3 PSoC 4 PSoC 5/5LP PSoC 6
8-Bit-M8C-Kern
bis 24 MHz, 4 MIPS 		8-Bit 8051-Kern (Single-Cycle)
bis 67 MHz, 33 MIPS 		32-Bit- ARM-Cortex-M0
bis 48 MHz, ? MIPS 		32-Bit- ARM-Cortex-M3
bis 80 MHz, 84 MIPS 		32-bit ARM Cortex-M4 (bis 150 MHz)
32-bit ARM Cortex-M0+ (opt. bis 100 MHz)
Flash: 4 KB bis 32 KB
SRAM: 256 Byte bis 2 KB 		Flash: 8 KB bis 64 KB
SRAM: 3 KB bis 8 KB 		Flash: 16 KB bis 256 KB
SRAM: 2 KB bis 32 KB 		Flash: 32 KB bis 256 KB
SRAM: 8 KB bis 64 KB 		Flash: 512 KB bis 2048 KB
SRAM: 128 KB bis 512 KB
erweiterbar mit Quad-SPI
I²C, SPI, UART,
FS USB 2.0 		I²C, SPI, UART, LIN,
FS USB 2.0, I²S, CAN 		I²C, SPI, UART, CAN
. 		I²C, SPI, UART, LIN, CAN,

FS-USB 2.0, I²S

I²C, SPI, UART, LIN, BLE (opt.), FS USB 2.0 (opt. Host & Device)
16 digitale PSoC-Blöcke 16 bis 24 UDBs (Universal Digital Blocks) 4 bis 8 UDBs 20 bis 24 UDBs 0 bis 12 UDBs
1 Delta-Sigma-ADC (6 bis 14 Bit)

131 ksps @ 8-Bit;

1 Sigma-Delta-ADC (für kapazitive Erfassung)

Bis zu zwei DACs (6 bis 8 Bit)

1 Delta-Sigma-ADC (8 bis 20 Bit)

192 ksps bei 12-Bit;

Bis zu vier DACs (8-Bit)

1 SAR-ADC (12-Bit)

1 MS/s @ 12-Bit;

Bis zu zwei DACs (7 bis 8 Bit)

1 Delta-Sigma-ADC (8 bis 20 Bit)

192 ksps @12-Bit;

2 SAR-ADCs (12-Bit)

1 MS/s @ 12-Bit;

Bis zu vier DACs (8-Bit)

1 SAR-ADC (12-Bit) 1 MSPS

1 12-Bit-Spannungsmodus-DAC

Bis zu 64 E/A Bis zu 72 E/A Bis zu 98 E/A Bis zu 72 E/A Bis zu 104 E/A
Betrieb: 1,7 V bis 5,25 V
Aktiv: 2 mA,
Ruhezustand: 3 μA
Ruhezustand: ? 		Betrieb: 0,5 V bis 5,5 V
Aktiv: 1,2 mA,
Ruhezustand: 1 μA,
Ruhezustand: 200 nA 		Betrieb: 1,71 V bis 5,5 V
Aktiv: 1,6 mA,
Ruhezustand: 1,3 μA,
Ruhezustand: 150 nA 		Betrieb: 2,7 V bis 5,5 V
Aktiv: 2 mA,
Ruhezustand: 2 μA,
Ruhezustand: 300 nA
Erfordert ICE Cube und FlexPods On-Chip-SWD, Debug On-Chip JTAG, SWD, SWV,
Debug, Trace
CY8CKIT-001 Entwicklungskit CY8CKIT-001 Entwicklungskit
CY8CKIT-030 Entwicklungskit 		CY8CKIT-040 4000 Pionier-Kit
CY8CKIT-042 4200 Pionier-Kit

CY8CKIT-043 4200M Prototyping-Kit

CY8CKIT-044 4200M Pionier-Kit

CY8CKIT-046 4200L Pionierbausatz
CY8CKIT-049 4100 Prototypenbausatz

CY8CKIT-001 Entwicklungskit
CY8CKIT-050 Entwicklungskit
CY8CKIT-059 Prototypenkit 		CY8CKIT-062-BLE Pionier-Kit

Entwicklungswerkzeuge

PSoC-Designer

Dies ist die Software-IDE der ersten Generation zum Entwerfen, Debuggen und Programmieren der PSoC-1-Geräte. Es führte einzigartige Funktionen ein, darunter eine Bibliothek vorcharakterisierter analoger und digitaler Peripheriegeräte in einer Drag-and-Drop-Designumgebung, die dann durch Nutzung der dynamisch generierten API-Codebibliotheken an spezifische Designanforderungen angepasst werden konnte.

PSoC-Ersteller

PSoC Creator ist die Software-IDE der zweiten Generation zum Entwerfen und Programmieren von PSoC 3 / 4 / 5 Geräten. Die Entwicklungs-IDE wird mit einem einfach zu bedienenden grafischen Design-Editor kombiniert, um eine leistungsstarke Hardware/Software-Co-Design-Umgebung zu bilden. PSoC Creator besteht aus zwei grundlegenden Bausteinen. Das Programm, das es dem Benutzer ermöglicht, vorhandene Schaltkreise auf dem Chip und die Komponenten, die den Peripheriegeräten auf MCUs entsprechen, auszuwählen, zu konfigurieren und zu verbinden. Was PSoC so faszinierend macht, ist die Möglichkeit, eigene anwendungsspezifische Peripheriegeräte in Hardware zu erstellen. Cypress veröffentlicht mehrmals im Jahr Komponentenpakete. PSoC-Benutzer erhalten neue Peripheriegeräte für ihre vorhandene Hardware, ohne dass Gebühren anfallen oder neue Hardware gekauft werden muss. PSoC Creator bietet auch viel Freiheit bei der Zuweisung von Peripheriegeräten zu I/O-Pins.

Kortex-M

Hauptartikel: Liste der ARM Cortex-M-Entwicklungstools

Generische ARM-Entwicklungstools für PSoC 4 und PSoC 5.

Dokumentation

PSoC 4 / 5

Die Menge an Dokumentation für alle ARM-Chips ist vor allem für Neueinsteiger erschreckend. Die Dokumentation für Mikrocontroller aus den letzten Jahrzehnten wäre leicht in einem einzigen Dokument enthalten, aber mit der Entwicklung der Chips ist die Dokumentation gewachsen. Die Gesamtdokumentation ist für alle ARM-Chips besonders schwer zu fassen, da sie aus Dokumenten des IC-Herstellers ( Cypress Semiconductor ) und Dokumenten des CPU-Core-Herstellers ( ARM Holdings ) besteht.

Ein typischer Top-Down-Dokumentationsbaum ist: Website des Herstellers, Marketingfolien des Herstellers, Herstellerdatenblatt für den genauen physischen Chip, detailliertes Referenzhandbuch des Herstellers, das gängige Peripheriegeräte und Aspekte einer physischen Chipfamilie beschreibt, ARM-Core-Benutzerhandbuch, technische Referenz zu ARM-Core Handbuch, ARM-Architektur-Referenzhandbuch, das den/die Befehlssatz(e) beschreibt.

PSoC 4 / 5 Dokumentationsbaum (von oben nach unten)
  1. PSoC-Website.
  2. PSoC-Marketingfolien.
  3. PSoC-Datenblatt.
  4. PSoC-Referenzhandbücher.
  5. ARM-Core-Website.
  6. Generisches ARM-Core-Benutzerhandbuch.
  7. Technisches Referenzhandbuch für den ARM-Kern.
  8. Referenzhandbuch zur ARM-Architektur.

Cypress Semiconductor verfügt über zusätzliche Dokumente, wie z. B.: Benutzerhandbücher für Evaluierungsboards, Anwendungshinweise, Anleitungen für die ersten Schritte, Dokumente zur Softwarebibliothek, Errata und mehr. Im Abschnitt Externe Links finden Sie Links zu offiziellen PSoC- und ARM-Dokumenten.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Siehe auch: Liste der Bücher über ARM Cortex-M

Externe Links

Offizielle PSoC-Dokumente
Offizielle ARM-Dokumente für PSoC 4 / 5
Hauptartikel: ARM Cortex-M externe Links
Sonstiges