LPC800前生今世 第二章-系列总览
lpc800系列总览
前面一章已经简要地介绍了lpc800的基本特性和系列中各产品之间的对比。本章将通过框图的形式，给出更详细的配置信息，并引导读者从框图中捕捉到有用的信息。
lpc81x和lpc82x系统框图系统框图是快速了解mcu产品的最佳途径，当接触一个新型号的产品时，一般第一个要求就是看系统框图。系统框图中不但给出了芯片中功能模块的配置信息，而且读者往往可以从框图中各个模块所摆放的位置，以及它们之间的关系，解读出很多有用甚至关键的信息。下面先展示一下lpc81x/82x的框图，然后再进行一些解读。
图1.lpc81x系统框图
图2.lpc82x系统框图
从上面两个框图中，可以得到以下一些基本信息：
lpc81x与lpc82x在系统架构上是一样的。两者都是使用cortex-m0+cpu核心，cpu通过ahb轻总线连接片内存储器(包括flash、sram和rom)，同时经ahb至apb的桥接连接访问各种片上外部设备。
gpio模块与cpu有直接通道，cpu对它的访问不需经过ahb或apb总线。这是cortex-m0+核心的主要特色之一，可以实现快速的gpio访问。由于此直接通道，gpio的最快输入输出速度可以达到cpu时钟速度的1/2，相对于cortex-m3/m4产品，由于需要通过普通的系统总线，gpio只能达到cpu时钟速度的1/4，有本质的区别。
框图里可以清晰准确地看出，每个系列的外设配置情况，包括外设的种类、数量、输入输出信号以及信号方向等。这里举几个例子，更详细地看看：
a.lpc81x和lpc82x都具有3个usart模块，每个usart模块都有5个输入输出信号。
b.lpc82x具有4个i2c模块，但lpc81x只有1个i2c模块。
c.lpc82x具有adc功能，但lpc81x没有。adc模块最多有12个输入端。
d.两个系列都有sct定时器，但lpc82x的sct定时器输入端具有一个“输入选择器”，而lpc81x的输入端是与外界(通过开关矩阵)直接相连。
我们知道cpu访问ahb上的设备的速度要快于访问apb上的设备，优先级也较高。从框图中可以看到所有的外设，包括系统配置(syscon)和输入输出配置(iocon)寄存器组，都是连接到apb总线，而sct定时器却是连接到ahb总线上，这样的安排是为了保证可以更快地操控sct。
lpc82x具有dma控制器，它连接到ahb总线上。lpc81x不具备dma控制器。框图中灰色框所标示的设备，能够触发或请求dma传输。
所有功能模块的对外连接，都是通过“开关矩阵”实现的。
两个系列分别有18或29个连接到开关矩阵的输入输出引脚，同时具有18或29个gpio输入输出信号线。后面的开关矩阵(swm)章节会详细介绍，gpio模块的输入输出信号是如何通过开关矩阵连接到外部引脚的。
在芯片中，每一个功能模块都相对独立，它们通过一些功能信号与其它模块连接互动；这些功能信号除了供电、时钟、中断是每个模块都需要的以外，就是连接到ahb或apb总线上的总线信号(包括地址、数据和控制信号等)，cpu通过总线信号访问功能模块的寄存器组，实现配置和控制以及数据交换。在框图中，每个功能模块靠近总线一侧的双箭头标志，就是该模块的总线信号。
对于具有需要连接到外部引脚的信号，框图中用单线箭头标示出该信号的方向，并标注了信号名称。对于没有连接到外部引脚的模块，框图中只画出了它们的总线信号。例如加窗看门狗定时器、多速率定时器、crc计算器、dma控制器等模块。
要特别提一下的是iocon(输入输出配置)这个模块，框图中画出了它与apb总线连接的这一端，这表示cpu通过apb总线访问iocon的寄存器组，图中没有画出的是iocon所控制的每一个io引脚的部分，这部分内容会在iocon的相关章节中展示。
lpc83x系统框图
lpc83x的框图与lpc82x的框图非常相像，如果仔细比较就会发现以下一些差别，这些差别也反映在了上一章的对照表中：
■lpc83x没有模拟比较器。
■lpc83x中配置的usart和i2c数量较少
■lpc83x的ram容量较小细心的读者可以从用户手册的存储器地址空间的分配表中，看到更加详细的差别来。下面是lpc83x的存储器空间分配图的片段。
图3.lpc83x存储器地址空间分配图(片段)
图4.lpc83x系统框图
当然，细心的读者也注意到了，lpc83x的适用工作温度范围是-40°c ~ +85°c，lpc81x/lpc82x和lpc84x的适用工作温度范围扩大到-40°c ~ +105°c。
lpc84x系统框图
lpc84x相较前面几个系列做了很大的扩充，整体的结构没有变，存储器变大了，增加了一些新的外设，引脚数目也增加了很多，使得她的应用范围更广，功能更灵活。
lpc84x的数据手册和用户手册中，在框图的画法上换了一种风格，这样画更强调功能性以及模块的配置。同时在这个框图中，可以比前面几个系列的框图更直观地看到ahb总线矩阵的连接方式，读者可以更清晰地了解系统运行时的性能。
图5.lpc84x系统框图(功能配置)
上图中的绿色虚线框部分就是ahb矩阵，框中的竖线是两个总线主设备，横线是总线的从设备。主从设备的区分在于，主设备能够主动发起数据传输，并且需要发出读写控制信号和驱动地址信号线，而从设备只能被动地接受地址和控制信号，发送或接收数据。
在ahb矩阵中，共有五组从设备：
默认存储执行指令的flash闪存和rom。
第一个8kb的sram，此存储区的基本功能是存放程序运行时的数据，也可以用于存储cortex-m0+核心执行指令的追踪信息，供调试程序用。
第二个8kb的sram，此存储区不能用于存放追踪信息。
ahb至apb的桥。
sct定时器、dma控制器、crc计算器、mtb控制器和faim控制器。
不同的主设备可以同时访问不在同一组的从设备，例如在cpu从flash取指令并执行时，dma控制器可以同时在sram中搬移数据；或者在cpu从第一个sram区存取数据的同时，dma控制器在另一个sram区存取数据。
处在同一组的从设备，只能按顺序分别被访问。
读者了解了这些内部构造，可以根据自己的需要合理安排程序的执行顺序，最大限度地利用芯片内部的数据通路，实现最佳性能。
在apb总线上，挂了很多设备，图中设备的顺序是按照它们的寄存器组，在存储空间分配的地址顺序排列的。对照用户手册中的存储器地址映像表，可以知道每个apb外设的寄存器组分别占据了16kb的地址空间，看门狗的寄存器组处于所有apb外设地址空间的最低地址。
下面的框图是按照lpc81x/lpc82x/lpc83x的风格，从使用者的视角重画的lpc84x系统框图。
图6.lpc84x系统框图(程序员视角)
与其它几个系列的框图比较，我们可以看出不少新的东西：
更多的flash和sram容量。
faim模块。faim用于在系统启动时，快速地配置其它模块的初始状态，包括引脚的方向和上拉或下拉，启动时的isp端口和配置，以及为低功耗而设置的低主频启动等。
定时器ctimer。该32位定时器有四个输入捕获和四个输出匹配信号，但芯片上只引出了三个捕获和三个匹配信号，可以与外部引脚相连。
两个10位dac模块。
电容触摸按键模块，该模块可以最多连接9个按键，或组合配置为滑条或旋转盘。
从lpc82x最多的29个输入输出引脚，大幅增加到54个引脚，而且所有引脚功能都是经过开关矩阵的配置。
stc定时器的输出信号，比lpc82x/83x增加了一个，达到7个。
模拟比较器的输入端，比lpc81x/82x增加了三个，达到5个。
与前面的框图相比，图8中还可以看到一个“jtag测试和边界扫描接口”，和一些信号线从“时钟发生器，电源控制”模块引出，这些内容在其它系列里面也有相同的部分存在，只是没有画出来而已。
用于程序追踪调试的mtb存储器和控制接口，在其它系列里也是存在的，同样也没有画在系统框图中。
lpc80x系统框图
在本书即将完成之际，恩智浦又发布了一个新的子系列——lpc80x，分别有lpc802和lpc804两种配置，及多种封装形式，详见表1（见第一章）。
下面是lpc 802和lpc804的框图，此处不多做解释，读者可以结合前面几个子系列的框图，对照比较之后就能够看出区别来。
图7.lpc802系统框图
图8.lpc804系统框图
图中可以明显看出lpc804是lpc802的增强版，增加了电容触摸接口、可编程逻辑单元(plu)、增加了10位的dac输出、增加了一个i2c接口，存储器容量也增加了一倍，性价比更高了。
lpc86x系统框图
lpc86x是2023年nxp发布的新的产品系列。这里在原作者的基础上补充进来。
lpc86x针对lpc84x的基础上做了进一步的优化，针对电机应用移除了ctimer和sct同时增加了两个flextimer用于电机应用，提升了adc的采样率，优化了adc和flextimer联动机制，增加了新的外设i3c，使得它的应用范围更广，功能更灵活。
lpc86x精简了switch matrix的功能，即flextimer的相关输入输出功能只能被软件分配到固定的三个外部引脚上去，其余外设的switch matrix功能不变。
lpc86x在lpc84x的基础上将sram缩减到8kb，减少了usart，i2c的数量，删除了mtb接口，删除了dac和电容触摸等功能。
图9.lpc86x配置框图
end
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lpc81x和lpc82x系统框图系统框图是快速了解mcu产品的最佳途径，当接触一个新型号的产品时，一般第一个要求就是看系统框图。系统框图中不但给出了芯片中功能模块的配置信息，而且读者往往可以从框图中各个模块所摆放的位置，以及它们之间的关系，解读出很多有用甚至关键的信息。下面先展示一下lpc81x/82x的框图，然后再进行一些解读。
图1.lpc81x系统框图
图2.lpc82x系统框图
从上面两个框图中，可以得到以下一些基本信息：
lpc81x与lpc82x在系统架构上是一样的。两者都是使用cortex-m0+cpu核心，cpu通过ahb轻总线连接片内存储器(包括flash、sram和rom)，同时经ahb至apb的桥接连接访问各种片上外部设备。
gpio模块与cpu有直接通道，cpu对它的访问不需经过ahb或apb总线。这是cortex-m0+核心的主要特色之一，可以实现快速的gpio访问。由于此直接通道，gpio的最快输入输出速度可以达到cpu时钟速度的1/2，相对于cortex-m3/m4产品，由于需要通过普通的系统总线，gpio只能达到cpu时钟速度的1/4，有本质的区别。
框图里可以清晰准确地看出，每个系列的外设配置情况，包括外设的种类、数量、输入输出信号以及信号方向等。这里举几个例子，更详细地看看：
a.lpc81x和lpc82x都具有3个usart模块，每个usart模块都有5个输入输出信号。
b.lpc82x具有4个i2c模块，但lpc81x只有1个i2c模块。
c.lpc82x具有adc功能，但lpc81x没有。adc模块最多有12个输入端。
d.两个系列都有sct定时器，但lpc82x的sct定时器输入端具有一个“输入选择器”，而lpc81x的输入端是与外界(通过开关矩阵)直接相连。
我们知道cpu访问ahb上的设备的速度要快于访问apb上的设备，优先级也较高。从框图中可以看到所有的外设，包括系统配置(syscon)和输入输出配置(iocon)寄存器组，都是连接到apb总线，而sct定时器却是连接到ahb总线上，这样的安排是为了保证可以更快地操控sct。
lpc82x具有dma控制器，它连接到ahb总线上。lpc81x不具备dma控制器。框图中灰色框所标示的设备，能够触发或请求dma传输。
所有功能模块的对外连接，都是通过“开关矩阵”实现的。
两个系列分别有18或29个连接到开关矩阵的输入输出引脚，同时具有18或29个gpio输入输出信号线。后面的开关矩阵(swm)章节会详细介绍，gpio模块的输入输出信号是如何通过开关矩阵连接到外部引脚的。
在芯片中，每一个功能模块都相对独立，它们通过一些功能信号与其它模块连接互动；这些功能信号除了供电、时钟、中断是每个模块都需要的以外，就是连接到ahb或apb总线上的总线信号(包括地址、数据和控制信号等)，cpu通过总线信号访问功能模块的寄存器组，实现配置和控制以及数据交换。在框图中，每个功能模块靠近总线一侧的双箭头标志，就是该模块的总线信号。
对于具有需要连接到外部引脚的信号，框图中用单线箭头标示出该信号的方向，并标注了信号名称。对于没有连接到外部引脚的模块，框图中只画出了它们的总线信号。例如加窗看门狗定时器、多速率定时器、crc计算器、dma控制器等模块。
要特别提一下的是iocon(输入输出配置)这个模块，框图中画出了它与apb总线连接的这一端，这表示cpu通过apb总线访问iocon的寄存器组，图中没有画出的是iocon所控制的每一个io引脚的部分，这部分内容会在iocon的相关章节中展示。
lpc83x系统框图
lpc83x的框图与lpc82x的框图非常相像，如果仔细比较就会发现以下一些差别，这些差别也反映在了上一章的对照表中：
■lpc83x没有模拟比较器。
■lpc83x中配置的usart和i2c数量较少
■lpc83x的ram容量较小细心的读者可以从用户手册的存储器地址空间的分配表中，看到更加详细的差别来。下面是lpc83x的存储器空间分配图的片段。
图3.lpc83x存储器地址空间分配图(片段)
图4.lpc83x系统框图
当然，细心的读者也注意到了，lpc83x的适用工作温度范围是-40°c ~ +85°c，lpc81x/lpc82x和lpc84x的适用工作温度范围扩大到-40°c ~ +105°c。
lpc84x系统框图
lpc84x相较前面几个系列做了很大的扩充，整体的结构没有变，存储器变大了，增加了一些新的外设，引脚数目也增加了很多，使得她的应用范围更广，功能更灵活。
lpc84x的数据手册和用户手册中，在框图的画法上换了一种风格，这样画更强调功能性以及模块的配置。同时在这个框图中，可以比前面几个系列的框图更直观地看到ahb总线矩阵的连接方式，读者可以更清晰地了解系统运行时的性能。
图5.lpc84x系统框图(功能配置)
上图中的绿色虚线框部分就是ahb矩阵，框中的竖线是两个总线主设备，横线是总线的从设备。主从设备的区分在于，主设备能够主动发起数据传输，并且需要发出读写控制信号和驱动地址信号线，而从设备只能被动地接受地址和控制信号，发送或接收数据。
在ahb矩阵中，共有五组从设备：
默认存储执行指令的flash闪存和rom。
第一个8kb的sram，此存储区的基本功能是存放程序运行时的数据，也可以用于存储cortex-m0+核心执行指令的追踪信息，供调试程序用。
第二个8kb的sram，此存储区不能用于存放追踪信息。
ahb至apb的桥。
sct定时器、dma控制器、crc计算器、mtb控制器和faim控制器。
不同的主设备可以同时访问不在同一组的从设备，例如在cpu从flash取指令并执行时，dma控制器可以同时在sram中搬移数据；或者在cpu从第一个sram区存取数据的同时，dma控制器在另一个sram区存取数据。
处在同一组的从设备，只能按顺序分别被访问。
读者了解了这些内部构造，可以根据自己的需要合理安排程序的执行顺序，最大限度地利用芯片内部的数据通路，实现最佳性能。
在apb总线上，挂了很多设备，图中设备的顺序是按照它们的寄存器组，在存储空间分配的地址顺序排列的。对照用户手册中的存储器地址映像表，可以知道每个apb外设的寄存器组分别占据了16kb的地址空间，看门狗的寄存器组处于所有apb外设地址空间的最低地址。
下面的框图是按照lpc81x/lpc82x/lpc83x的风格，从使用者的视角重画的lpc84x系统框图。
图6.lpc84x系统框图(程序员视角)
与其它几个系列的框图比较，我们可以看出不少新的东西：
更多的flash和sram容量。
faim模块。faim用于在系统启动时，快速地配置其它模块的初始状态，包括引脚的方向和上拉或下拉，启动时的isp端口和配置，以及为低功耗而设置的低主频启动等。
定时器ctimer。该32位定时器有四个输入捕获和四个输出匹配信号，但芯片上只引出了三个捕获和三个匹配信号，可以与外部引脚相连。
两个10位dac模块。
电容触摸按键模块，该模块可以最多连接9个按键，或组合配置为滑条或旋转盘。
从lpc82x最多的29个输入输出引脚，大幅增加到54个引脚，而且所有引脚功能都是经过开关矩阵的配置。
stc定时器的输出信号，比lpc82x/83x增加了一个，达到7个。
模拟比较器的输入端，比lpc81x/82x增加了三个，达到5个。
与前面的框图相比，图8中还可以看到一个“jtag测试和边界扫描接口”，和一些信号线从“时钟发生器，电源控制”模块引出，这些内容在其它系列里面也有相同的部分存在，只是没有画出来而已。
用于程序追踪调试的mtb存储器和控制接口，在其它系列里也是存在的，同样也没有画在系统框图中。
lpc80x系统框图
在本书即将完成之际，恩智浦又发布了一个新的子系列——lpc80x，分别有lpc802和lpc804两种配置，及多种封装形式，详见表1（见第一章）。
下面是lpc 802和lpc804的框图，此处不多做解释，读者可以结合前面几个子系列的框图，对照比较之后就能够看出区别来。
图7.lpc802系统框图
图8.lpc804系统框图
图中可以明显看出lpc804是lpc802的增强版，增加了电容触摸接口、可编程逻辑单元(plu)、增加了10位的dac输出、增加了一个i2c接口，存储器容量也增加了一倍，性价比更高了。
lpc86x系统框图
lpc86x是2023年nxp发布的新的产品系列。这里在原作者的基础上补充进来。
lpc86x针对lpc84x的基础上做了进一步的优化，针对电机应用移除了ctimer和sct同时增加了两个flextimer用于电机应用，提升了adc的采样率，优化了adc和flextimer联动机制，增加了新的外设i3c，使得它的应用范围更广，功能更灵活。
lpc86x精简了switch matrix的功能，即flextimer的相关输入输出功能只能被软件分配到固定的三个外部引脚上去，其余外设的switch matrix功能不变。
lpc86x在lpc84x的基础上将sram缩减到8kb，减少了usart，i2c的数量，删除了mtb接口，删除了dac和电容触摸等功能。
图9.lpc86x配置框图
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l9110s中文资料详解_引脚图及功能_工作原理_内部结构及应用电路
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