BF50x處理器助力工程師輕松實現(xiàn)嵌入式信號處理

BF50x處理器助力工程師輕松實現(xiàn)嵌入式信號處理

2009年9月18日，敏銳的國內媒體記者在秋季國際集成電路展的一個展臺上發(fā)現(xiàn)了當時尚未正式發(fā)布的BF50x信息——業(yè)界領先的匯聚式處理器Blackfin家族新成員，并對該處理器在電機控制等應用的獨特優(yōu)勢進行了簡單介紹分析。然而，其后長達四個月并無任何相關信息發(fā)布，該處理器的獨具特色的優(yōu)化設計和功能特性吊足了工業(yè)控制應用工程師的胃口。在整整四個月后的2010年1月18日，ADI官方正式向全球發(fā)布了這款新產品，全面揭開了BF50x的“神秘”面紗。

Blackfin處理器自推出以來因為其獨特的MCU+DSP的匯聚式架構而受到業(yè)界廣泛關注，并得到大量應用，無論是汽車電子、工業(yè)控制、醫(yī)療設備還是消費電子產品領域，無處不見Blackfin的蹤跡。高成本和技術門檻曾經讓很多企業(yè)對于使用DSP處理器心存疑慮，而Blackfin匯聚式處理器的獨特架構、性能優(yōu)勢以及全面的技術支持很大程度上克服這個問題，特別是ADI近年來不斷推出了更多針對特定應用領域進行優(yōu)化設計的Blackfin處理器系列，在性能特性得到更強優(yōu)化的同時，大幅度地降低了產品的價格（BF50x萬片批量的最低報價低至4.5美元，獨立評估機構BDTI按照對定點處理器的每美元速度比（speed-per-dollar ratio）評估，BF50x的BDTIsimMark2000/$得分高達498，遠超同類競爭性器件）。

BDTI對BF50x的BDTIsimMark2000/$測試分析得分高達498
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BF50x獨特的功能特性組合
BF50x以通常150MHz~200MHz處理器的價格提供高達400MHz的性能，將高性能數(shù)字信號處理能力擴展到更廣泛的應用中，包括之前采用高端微控制器的那些應用。這種性能裕量使得設計工程師能實現(xiàn)更強的系統(tǒng)功能，利用更多的復雜算法實現(xiàn)更高的精度，以及實現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)界面和控制功能的更高靈活性。設計工程師還可以使用更先進的軟件工具和庫來生成代碼，這有助于進一步縮短開發(fā)周期，加速產品上市。

BF50x具有可實現(xiàn)更復雜的算法以及更高精度和更低功耗的控制能力，從而可實現(xiàn)更精密的控制（如運動控制）、更高功效 (如功耗更低)、可靠性(如更高的電能質量）和強大功能(如電力線通信)。與同類競爭性產品相比，BF50x片上內置的以下特性大大增強了該處理器的競爭優(yōu)勢：更大的L1 SRAM和可執(zhí)行并行閃存，對于超過 64 KB的代碼/數(shù)據(jù)規(guī)模，BF504F的 4MB可執(zhí)行閃存能省去外部 SDRAM，相比競爭產品可進一步節(jié)省成本；業(yè)界最高的12位精度ADC可以解決很多客戶在采用其他競爭產品時所遇到的精度問題；400MHz的時鐘速度使BF50x比同樣價格水平的競爭產品具有更高的處理器性能；具有針對CAN的外設支持，以及脈沖波形調制和移動存儲選項，如SD、e/MMC、CE-ATA；等等。本文將對其中的三相PWM單元、內置ADC和ACM的特性進行簡要介紹。

BF50x優(yōu)化的系統(tǒng)集成
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1. 三相PWM單元
BF50x內置的每個PWM模塊都集成了一個靈活可編程的三相PWM波形發(fā)生器，通過編程設置以產生針對 交流感應電機(ACIM)或者永磁同步 電機(PMSM)控制所需要的開關模式來驅動三相電壓源逆變器。此外，PWM模塊還包含可以大大簡化電子換向電機（ECM）或無刷直流電機控制所需的PWM開關模式的產生。通過軟件設計可以實現(xiàn)針對開關磁阻電機(SRM)的一種獨特模式。

BF50x的兩個片上三相PWM單元具有以下特性：真正的16位分辨率；可編程PWM脈寬；單/雙刷新模式；可編程死區(qū)時間（dead time）和開關頻率；二進制補碼實現(xiàn)，允許在全開和全關狀態(tài)之間平滑轉換；可以將PWM信號發(fā)生與內部或外部產生的同步脈沖進行同步；針對BDCM電機的獨特設置（交迭和輸出使能功能）；廣泛的各種特殊開關磁阻運行模式；輸出極性與時鐘選通控制；專用異步PWM關斷信號。

每個PWM單元的6個PWM輸出信號由三個高端（high-side）驅動信號(PWMx_AH、PWMx_BH和PWMx_CH)和三個低端驅動信號組成(PWMx_AL、PWMx_BL和PWMx_CL)。所產生的PWM信號的極性可以通過軟件編程進行設置，因此既可以產生高有效的PWM波形，也可以產生低有效的PWM波形。

2. 真正的12位精度的ADC及ACM模塊
BF506F利用了ADI公司在ADC器件上的全球領先技術優(yōu)勢，內置的ADC為高速低功耗逐次逼近型ADC，實現(xiàn)了真正的業(yè)界最高12位精度，吞吐率高達2MSPS。BF506F包含兩個ADC，每個ADC前置一個三通道復用器，以及一個低噪聲寬帶寬的跟蹤保持放大器（可以處理超過30MHz的輸入信號頻率）。

BF50x還首次在Blackfin處理器系列中引入了新的外設——ADC控制模塊（ACM），它提供了同步ADC采樣與外部事件的一種低開銷、精確的方法。ACM允許靈活調度采樣實例，并向ADC提供精確的采樣信號。ACM負責同步ADC轉換過程，產生ADC控制、ADC轉換開始信號以及其他信號。ADC的實際數(shù)據(jù)采集由SPORT外設執(zhí)行，所有的內部ADC信號都被連接到封裝引腳以在混合信號應用中獲得最大的靈活性。

針對工業(yè)應用優(yōu)化的Blackfin處理器
工業(yè)應用的突出特點是密集的信號處理需求，而這是Blackfin系列處理器的優(yōu)勢所在。Blackfin系列由于結合了DSP和MCU的功能，它允許同一顆處理器能同時進行復雜的控制和算法處理，這對于機器人、供電控制等復雜的工業(yè)應用來說是一個巨大的優(yōu)勢。

BF50x作為ADI面向工業(yè)應用優(yōu)化設計的最新款Blackfin處理器，其高性能讓工程師能開發(fā)出更高性能的工業(yè)控制和自動化應用系統(tǒng)，包括逆變器控制、不間斷電源（UPS）和電機控制以及計量和高級感應應用（電能計量、流量計量等）。BF50x的性能裕量使得工程師可以在先進的系統(tǒng)建模中實現(xiàn)先進的理論和算法，從而實現(xiàn)任何實時系統(tǒng)的最優(yōu)化的功效和控制效率。

1.電機控制應用
BF50x處理器的卓越性能和特性使電機控制系統(tǒng)設計工程師能實現(xiàn)執(zhí)行更復雜的算法，確保適應系統(tǒng)行為的實時變化，從而獲得平穩(wěn)的運行性能，并降低功耗。利用無傳感器的矢量控制可以實現(xiàn)更高的電機控制效率，利用先進的建模方法可以準確地確定電機位置和/或者速度。設計工程師可以不用位置/速度傳感器，從而系統(tǒng)的尺寸更小，降低成本并實現(xiàn)更大的系統(tǒng)可靠性。BF50x 集成的12位ADC提供了準確對電機狀態(tài)進行建模所需要的準確數(shù)據(jù)轉換，從而可以準確估計電機的準確位置/速度。

基于BF50x的電機控制系統(tǒng)硬件功能框圖。
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2. UPS應用
BF50x處理器的優(yōu)化設計確保能實現(xiàn)UPS系統(tǒng)的準確、無波動的電源控制，提供對負載變化準確分析、負載瞬時改變以及失載事件進行準確預測。BF50x所內置的3相PWM單元可以實現(xiàn)先進的電源切換，因而UPS系統(tǒng)能動態(tài)地對各種負載條件下的非線性負載做出動態(tài)響應。同時，BF50x處理器本身還具有控制功能，可以實現(xiàn)啟動/關斷控制和電壓調整。

基于BF50x處理器的UPS應用功能框圖
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3.?可再生能源逆變器應用
在將太陽能發(fā)電和風能發(fā)電的電能接入到商業(yè)電網中或者提供給本地電網時，BF50x處理器是執(zhí)行復雜算法使逆變器能將可變的直流輸出轉換成“干凈”的電流和穩(wěn)壓源的理想之選。BF50x在設計中針對可再生能源應用和智能電網應用進行過優(yōu)化，其強大的處理能力可以確保實現(xiàn)非常高效率的能量轉換和傳輸，能實現(xiàn)先進的能源切換控制功能，并支持反孤島技術以及最大功率點跟蹤功能。

BF50x用于可再生能源系統(tǒng)
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友好的設計生態(tài)系統(tǒng)讓您無后顧之憂
BF50x處理器繼承了Blackfin處理器的獨特架構優(yōu)勢，并針對工業(yè)應用進行了諸多功能和性能優(yōu)化設計。然而，作為復雜的工業(yè)應用系統(tǒng)優(yōu)秀的解決方案而言，硬件平臺本身的性能和特性僅是一個方面，能否提供全面的設計技術支持也十分關鍵，這其中包括評估工具、設計工具、仿真平臺、軟件模塊等。

ADI針對BF50x系列新推出了低成本的EZ-KIT Lite評估套件，包括ADI VisualDSP++集成開發(fā)和調試環(huán)境（IDDE）。此外，ADI還在中國全面上市最新款超低價、高性能Blackfin仿真器ADZS-ICE-100B，該仿真器度身為使用Blackfin的客戶定制，使其幫助客戶實現(xiàn)更理想的高性能、低成本的目標。除了低至150美元的震撼價格，ADZS-ICE-100B的諸多創(chuàng)新功能也為JTAG仿真器帶來更高性能、使用便捷性的全新體念。

加強第三方合作伙伴的技術生態(tài)系統(tǒng)建設是ADI的一貫策略，而BF50x系列在關鍵技術開發(fā)合作方面更具前瞻性。從2008年8月份開始，ADI就與上海交通大學合作，基于BF548、FPGA、ADC等核心器件仿真設計完整的BF50x電機控制系統(tǒng)的硬件參考平臺和軟件，目前可以提供針對馬達控制應用的軟硬件參考設計及相關文檔，可以大大加快馬達控制系統(tǒng)設計進程。此外，ADI還與以下業(yè)界領先企業(yè)就BF50x的開發(fā)應用建立了廣泛合作：提供專注于工業(yè)平臺設計服務的Schmid Engineering公司；Boston Engineering公司，該公司在硬件、軟件和機械設計方面擁有專業(yè)經驗，專注于工業(yè)和醫(yī)療應用，是電機控制參考設計的領先價值提供商；Advanced Energy Conversion公司在電力電子方面擁有專業(yè)經驗，是替代換能源逆變器參考設計的領先價值提供商；Mathworks公司基于MATLAB? 和Simulink?的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和驗證，提供針對Blackfin的Embedded IDE Link? 和Target Support Package?自動化項目開發(fā)工具。針對BF50x處理器應用的廣泛技術支持生態(tài)系統(tǒng)將幫助客戶縮短實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)開發(fā)的時間，并降低整體系統(tǒng)實現(xiàn)成本。