颠覆MCU领域的规则–来自XMOS的startKIT开发板评测

开发者在设计产品的时候往往不能选到称心如意的完美方案,比如在使用MCU做开发控制的时候,无法充分利用MCU的资源,虽然如今各家半导体厂商卯足了劲尽可能推出差异化外设功能的微控制器产品,但是提供者到底不是开发者,不能方方面面的考虑到开发者最精简最迫切的功能需求,简而言之,MCU的选择常常让开发者不能做到物尽其用。针对这样的现象,前有赛普拉斯推出可编程模块的PSOC4,如今,笔者手上又拿到了一款用户可以自定义配置的微控制器、可以说是颠覆MCU领域规则的产品--基于XMOS公司的可配置xCore多核微控制器产品的开发板startKIT。

XMOS是一家年轻的私有性质的无晶圆厂半导体公司,目前主要为复杂多样的嵌入式系统设计开发可配置化的微控制器,而startKIT就是目前推广基于这种可配置xCORE微控制器的开发评估板。说起来,拿到startKIT也算是个无心之举,不经意浏览到XMOS公司网站,看到正好有申请试用startKIT板卡的机会,于是就做了一个相当正确的选择。在申请试用和真正拿到板卡差不多隔了几个月,中间也几乎把这事给忘了,前不久收到从香港寄过来的神秘礼物--startKIT 才把这事回忆起来,言归正传,下面笔者带大家一起去了解下XMOS公司推出的这款基于可配置xCORE多核微控制器的startKIT开发板。

startKIT开发板

startKIT开发板的包装非常简洁明了,真正购买的产品包装应该与这不同,笔者这块赠送的板卡在封面上写明了“A GOFT FROM XMOS”。打开包装,内封面注明了板卡的一些硬件情况以及使用指导的链接网址,startKIT开发板则嵌在中间防静电的黑色泡棉中保护的相当好(见下图)。

颠覆MCU领域的规则--来自XMOS的startKIT开发板评测

StartKIT开发板包装

类似这种简易的包装,如先前Atmel Xplained Pro系列开发板都没有配备电源线,startKIT也不例外,在使用时需要自己准备一根micro-USB线。

startKIT开发板如同它的包装那样同样十分的简洁,简单的4层绿色PCB板,94mm*50mm大小,正面一块XMOS标记的芯片,周围仅有一些零散的外围器件分布,背面更是光秃秃的一片,除了一些从正面过来的过孔和一排金属焊点,咋一眼看上去startKIT板卡可玩的功能非常少(见下图)。

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startKIT开发板正反面

OK,撇开猜想,我们进一步细看startKIT板卡的组成情况。

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startKIT开发板硬件概况

startKIT板载资源:

  • xCORE analog A8-DEV微控制器集成了调试器,一个256KB SPI FLASH
  • 一个micro USB接口用于供电/调试
  • 一个PCIe接口、一个按钮开关
  • 3*3绿色矩阵LEDs、2个绿色LEDs
  • 两个电容式触摸感应条,ADC输入接口,两排兼容树莓派的GPIO接口

细细观察,你会发现startKIT的功能还是挺多的,比如附带ADC输入,集成了调试功能的micro USB接口、人机交互功能的触摸感应条、DIY各种创意的PCIe接口,另外,特别贴心的针对兼容树莓的GPIO接口(只是预留了过孔,需要自己焊接接口的排针座),使它成为各种Raspberry Pi项目的一种理想的实时I/O解决方案。这些功能得以整合在一起应该说归功于这块“特殊定制的”xCORE analog A8-DEV微控制器,为什么说特殊定制呢?一起去了解下。

xCORE analog A8-DEV微控制器

笔者一开始拿到板卡时,不明所以,想当然的认为芯片上mark的字母和数字是产品的规格型号,找了一圈才发现XMOS官网根本没有这个型号的芯片,而目前XMOS官网的xCORE微控制器系列的产品主要有四大分类:

  • 一种是基于最基本的xCORE微控制器的 L系类产品
  • 一种是在L系列产品上增加了ADC的功能的A系列
  • 一种是在A系列上集成了usb phy的U系列
  • 最新的集成了ARM Cortex-M3内核扩展型架构Soc的XA系列

但是xCORE-Analog A8-DEV微控制器却不存在于在这任何一系列中,究其原因,这是XMOS公司为startKIT特殊定制的微控制器(见下图)。

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xCORE analog A8-DEV微控制器

要彻底了解xCORE-Analog A8-DEV微控制器有怎样的功能,我们首先要从xCORE的架构说起,xCORE是由单个或者多个Tile组成,每个Tile最高又可以分布8个32位的逻辑处理核,每个逻辑核都可以单独的处理实时任务。目前XMOS器件所拥有的最高设备为4个Tiles,总共可容纳32个逻辑处理核。(下图为两个Tiles的xCORE系列微控制器内部框图)

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具有两个Tiles的xCORE系列微控制器内部系统框图

相比传统的微控制器,xCORE具有更高的性能,每个Tile拥有500MIPS的计算性能,而单个逻辑核最高具有125MIPS的处理性能,虽然同一个Tile中的逻辑处理核都有单独的寄存器文件,但是一个Tile中的逻辑处理核可以共享处理中的资源和存储,这样的架构使xCORE的性能变得简单而高效,另外,xCORE具有DSP运算符和指令集,可以让你处理高速数字信号,所以类似车载娱乐音频解决方案都可通过xCORE来实现。

明白了xCORE的架构,再来看xCORE-Analog A8-DEV微控制器就比较容易理解了。之前提过,xCORE-Analog A8-DEV微控制器是XMOS公司特意为startKIT开发板特殊定制的一款MCU,拥有两个Tile,一个Tile集成了调试器以及USB PHY;令一个Tile集成了8个32位的逻辑处理核、拥有500MIPS 处理性能,并且全部的数字IO都在startKIT开发板上引出。xCORE-Analog A8-DEV微控制器的系统框图可以参见下图(并不完整,比如集成的debugger调试器并没有在下图中反映出来)。

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xCORE-Analog A8-DEV微控制器系统框图参考(不完整)

简而言之,xCORE-Analog A8-DEV是一种新型的微控制器,具有多个处理核心,高效的32位逻辑处理核可以执行精简指令集、支持高级编程语言(如C、C++以及XMOS在C语言基础上开发的XC语言),可以同时并行处理多个实时任务,另外片上集成的调试器可以支持对完整的设计进行全面的、实时的电路运行分析。这使开发人员在其系统正在运行并不影响性能的同时,能够实时地看到设备接口和他们的代码中所发生的情况。startKIT模拟接口可以与数字信号一起被监测,例如用户可以通过监测电容性触摸传感器来实时地观察信号。

xCORE-Analog A8-DEV微控制器具有十分灵活的IO配置及执行时间可确定性,对于IO响应时间,相比传统微控制器快100倍,见下图例子。

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xCORE-Analog A8-DEV微控制器IO口响应时间

可以说,startKIT开发板所有的功能都在于这款特殊定制的xCORE-Analog A8-DEV微控制器,正如先前所提到的周围零散分布的电路基本没什么可说的,下面是startKIT开发板的功能框图,主要阐述了开发板的功能。

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startKIT开发板功能框图

startKIT上电启动

在初步介绍了startKIT开发板以及xCORE analog A8-DEV微控制器,我们再通过对开发板上电启动的操作进一步来了解startKIT。通过micro USB线上电后板卡会运行出厂默认的LED矩阵呼吸灯程序(见下图)。

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startKIT开发板出厂自带的LED呼吸程序

第一次使用startKIT开发板连接电脑的时候,会提示你安装驱动的消息,这时需要通过安装XMOS公司的开发工具xTIME Composer Studio 来完成驱动的安装。

xTIME Composer Studio是XMOS公司专为自家xCORE微控制器研发的开发工具(支持多平台的32位及64位操作系统:windows、OSX、Linux),xTIME是一个类似我们熟知的keil软件,同样是一个全图形化的开发环境,包括编译器、调试器、一个静态时序分析器和基于软件的逻辑分析工具,下图则是第一次打开xTIME软件的界面。

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xTIME Composer Studio界面说明

OK,下面将通过使用xTIME工具来进一步了解startKIT。在xTIME软件左下方可以在线获取例程代码(见下图),非常方便快捷。

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通过xTIME在线下载例程代码

以笔者选取的例程为例,点击标签Comm->然后双击The spinning dot例程,出现确认框确定需要下载的代码在本地的路径。下载完成后可以通过左上角用户的本地项目文件框对代码进行修改、编译等操作(如下图)

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xTIME软件代码改写、编译、运行、调试、仿真、下载等操作

其中bin文件夹下存放的为编译完成的bin文件,可以通过菜单栏中的闪电标志按钮下载程序到startKIT开发板,也可以事先点击运行按钮在板子上查看执行结果,这是一个非常人性化的操作,可以帮助用户试运行编译完成的软件查看运行结果,大大降低只能通过下载频繁的读写FLASH的操作,从而大大延长FLASH的寿命。下图则为The spinning dot例程运行的结果(仅作为参考)

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The spinning dot例程运行的结果

当然这些体验不出startKIT的优越性以及与众不同,一开始笔者就提及了xCORE的可配置性,那该如何操作呢?这就需要使用到另一个软件--XMOS xSOFTip Explorer,这个软件可以单独在官网下载,但是如果你已经装了xTIME开发工具,那可以直接从这个软件中打开(见下图)-Window->Open Perspective->XMOS xSOFtip Explorer。

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从xTIME工具中打开XMOS xSOFtip Explorer

XMOS xSOFtip Explorer工具的界面又有所不同,主要包括了一个模块代码文件框、已加载的系统配置、加载系统配置的详细信息以及多次提及的人性化的指导说明(见下图)。

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XMOS xSOFtip Explorer开发工具

从上图XMOS xSOFtip Explorer开发工具中我们能看到在线获取功能模块代码的例子非常多,完全能满足用户设计属于自己外扩功能板,如Ethernet、Display、Audio等功能。不过由于这些功能需要相应的板卡支持,笔者在这无法一一演示,就简单的介绍下xSOFTip的用法。

在在线模块框中选择所需要的模块鼠标左键点住直接拖动到加载的系统配置框中。然后点击系统配置框中的“c"建立项目(如下图,以LED PWM模块为例)

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xSOFTip Explorer开发工具的使用

然后选择相应的板卡,相应的Tile,修改补充代码将配置完善,最后可以通过仿真时序可查看结果,见下图。

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通过加载xSOFtip Explorer开发工具中的模块设计的LED PWM驱动例程的时序仿真

由于篇幅限制,这里只是简单的介绍下软件的大致使用方法,有兴趣的朋友可以去XMOS官网下载一个体验一番,即使没有板卡,XMOS的这些软件都有相应的指导说明及仿真功能来实现功能的预览。当然,觉得这不过瘾的话可以买一套货真价实的startKIT玩玩,在Digi-Key的报价为14.99美金。

小结 

通过对startKIT开发板的介绍与使用,发现XMOS公司的xCORE架构系列微控制器不能简单的认为是一个固定的硬件载体,更多的是通过专有的设计工具xTIME与开发板完美的结合使用,诞生1+1远远>2的模式,对于用户自己,我们从中也看到了一种创新式的定义,不在依靠需求不停的寻找相符合的芯片,而是通过对芯片的“改造”诞生属于自己的理想解决方案,相信XMOS公司的这种创新式模式值得半导体厂商的借鉴。

参考资料

  • XMOS官网
  • startKIT购买链接
  • startKIT资料
  • startKIT上手指导

 原创申明:本文为爱板网原创,谢绝转载! 

开发者在设计产品的时候往往不能选到称心如意的完美方案,比如在使用MCU做开发控制的时候,无法充分利用MCU的资源,虽然如今各家半导体厂商卯足了劲尽可能推出差异化外设功能的微控制器产品,但是提供者到底不是开发者,不能方方面面的考虑到开发者最精简最迫切的功能需求,简而言之,MCU的选择常常让开发者不能做到物尽其用。针对这样的现象,前有赛普拉斯推出可编程模块的PSOC4,如今,笔者手上又拿到了一款用户可以自定义配置的微控制器、可以说是颠覆MCU领域规则的产品--基于XMOS公司的可配置xCore多核微控制器产品的开发板startKIT。

XMOS是一家年轻的私有性质的无晶圆厂半导体公司,目前主要为复杂多样的嵌入式系统设计开发可配置化的微控制器,而startKIT就是目前推广基于这种可配置xCORE微控制器的开发评估板。说起来,拿到startKIT也算是个无心之举,不经意浏览到XMOS公司网站,看到正好有申请试用startKIT板卡的机会,于是就做了一个相当正确的选择。在申请试用和真正拿到板卡差不多隔了几个月,中间也几乎把这事给忘了,前不久收到从香港寄过来的神秘礼物--startKIT 才把这事回忆起来,言归正传,下面笔者带大家一起去了解下XMOS公司推出的这款基于可配置xCORE多核微控制器的startKIT开发板。

startKIT开发板

startKIT开发板的包装非常简洁明了,真正购买的产品包装应该与这不同,笔者这块赠送的板卡在封面上写明了“A GOFT FROM XMOS”。打开包装,内封面注明了板卡的一些硬件情况以及使用指导的链接网址,startKIT开发板则嵌在中间防静电的黑色泡棉中保护的相当好(见下图)。

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StartKIT开发板包装

类似这种简易的包装,如先前Atmel Xplained Pro系列开发板都没有配备电源线,startKIT也不例外,在使用时需要自己准备一根micro-USB线。

startKIT开发板如同它的包装那样同样十分的简洁,简单的4层绿色PCB板,94mm*50mm大小,正面一块XMOS标记的芯片,周围仅有一些零散的外围器件分布,背面更是光秃秃的一片,除了一些从正面过来的过孔和一排金属焊点,咋一眼看上去startKIT板卡可玩的功能非常少(见下图)。

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startKIT开发板正反面

OK,撇开猜想,我们进一步细看startKIT板卡的组成情况。

颠覆MCU领域的规则--来自XMOS的startKIT开发板评测

startKIT开发板硬件概况

startKIT板载资源:

  • xCORE analog A8-DEV微控制器集成了调试器,一个256KB SPI FLASH
  • 一个micro USB接口用于供电/调试
  • 一个PCIe接口、一个按钮开关
  • 3*3绿色矩阵LEDs、2个绿色LEDs
  • 两个电容式触摸感应条,ADC输入接口,两排兼容树莓派的GPIO接口

细细观察,你会发现startKIT的功能还是挺多的,比如附带ADC输入,集成了调试功能的micro USB接口、人机交互功能的触摸感应条、DIY各种创意的PCIe接口,另外,特别贴心的针对兼容树莓的GPIO接口(只是预留了过孔,需要自己焊接接口的排针座),使它成为各种Raspberry Pi项目的一种理想的实时I/O解决方案。这些功能得以整合在一起应该说归功于这块“特殊定制的”xCORE analog A8-DEV微控制器,为什么说特殊定制呢?一起去了解下。

xCORE analog A8-DEV微控制器

笔者一开始拿到板卡时,不明所以,想当然的认为芯片上mark的字母和数字是产品的规格型号,找了一圈才发现XMOS官网根本没有这个型号的芯片,而目前XMOS官网的xCORE微控制器系列的产品主要有四大分类:

  • 一种是基于最基本的xCORE微控制器的 L系类产品
  • 一种是在L系列产品上增加了ADC的功能的A系列
  • 一种是在A系列上集成了usb phy的U系列
  • 最新的集成了ARM Cortex-M3内核扩展型架构Soc的XA系列

但是xCORE-Analog A8-DEV微控制器却不存在于在这任何一系列中,究其原因,这是XMOS公司为startKIT特殊定制的微控制器(见下图)。

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xCORE analog A8-DEV微控制器

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发布日期:2019年07月03日  所属分类:参考设计