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最丰富通信接口——ATSAM4E-XPRO开发板评测
发布时间:2014-12-19
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最丰富通信接口——ATSAM4E-XPRO开发板评测
发布时间:2014-12-19
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随着Atmel Xplained Pro平台产品线的不断丰富,相信大部分工程师对它并不陌生,Xplained Pro是Atmel的一个MCU评估平台,由一系列的微控制器、板载EDBG调试模块以及扩展板组成,配合Atmel Studio开发环境,能够初步的评估爱特梅尔微控制器的性能。

然而,在爱板网先前评测过的众多Atme Xplained Pro平台的开发板中,我们发现了这样一个问题,由于Xplained Pro平台板卡大同小异的外设接口资源(微控制器+EDBG模块)、相同的通用扩展模块,导致了很多工程师对Xplained Pro平台的开发板辨识度不高、微控制器的一些特色功能无法得到显著体现。不过,这种情况在爱板网最近拿到的ATSAM4E-XPRO开发板上被彻底地颠覆了,基于一颗“不一样的”微控制器,不仅丰富了Xplained Pro平台产品线的内容,更是让工程师无需借助外部电路的扩展,直接对开发板的特色功能进行二次开发。想知道是怎么回事吗?下文会给你一个答案。

ATSAM4E-XPRO评估板

首先来看下ATSAM4E-XPRO评估板的包装盒,虽然仍旧是机器人图案的“旧面孔”,和原来的风格保持不变,但是包装盒体积明显大了,方方正正的,看起来很有“内涵”。

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ATSAM4E-XPRO评估板

不出所料,ATSAM4E-XPRO评估板的特点是显而易见的,和爱板网先前评测过的Xplained Pro板卡相比,整个PCB面积明显变大了,大约为115.30mm*100.00mm,板卡为6层板,出自马来西亚的代工厂,质量一如既往的好。

ATSAM4E-XPRO评估板是基于Cortex-M4的Atmel ATSAM4E16EATSAM4E16E数据手册微控制器,板载了很多这个微控制器的特色功能,如以太网电路、CAN电路、等,这些是先前爱板网评测过的Atmel Xplained Pro平台所不具备的。

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ATSAM4E-XPRO评估板正面

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ATSAM4E-XPRO评估板背面

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ATSAM4E-XPRO评估板硬件框图

ATSAM4E-XPRO板载资源:

  • SAM4E16E微控制器
  • 2 Gb(8位)的NAND FLASH、两个512KB(8位)的SRAM
  • 一个10/100 Mbps IEEE802.3 以太网(KSZ8081)
  • 一个CAN2.0接口(TLE7250)
  • 3个Xplained Pro的扩展头、一个Xplained Pro的LCD扩展连接器
  • EDBG调试模块(MicroUSB接口:供电、串口、DGI、SWD)
  • 一个机械复位按钮、一个用户机械按钮(唤醒,引导程序等)
  • 一个黄色用户指示灯、一个黄色状态指示灯、一个绿色的电源指示灯
  • MicroUSB Target接口:Device Mode

ATSAM4E-XPRO评估板的外设接口和Xplained Pro平台先前的板卡并无太大差别,甚至都能找到哪个功能在哪块板卡上的影子。ATSAM4E-XPRO评估板提供了三种不同的供电方式接口:MicroUSB Target、MicroUSB Debug以及4pin的排针座,其中MicroUSB还具有USB Device功能,而MicroUSB Debug接口除了供电、下载调试功能外,还能实现数据网关接口(DGI),实现UART、TWI功能。

当然,除了上面这些Xplained Pro平台固有的特点外,此次ATSAM4E-XPRO评估板更有创新的变化,板载了2Gb的NAND FLASH、1MB的SRAM,并且引出了EBI接口,可以实现对外部存储器的编程。而最为重要的特色还是莫过于板载了以太网电路、CAN电路,可以让工程师无需自己DIY实现百兆以太网以及CAN2.0的功能,大大方便了工程师直接对ATSAM4E-XPRO板卡进行二次开发。

ATSAM4E16E微控制器

不过,说到底,ATSAM4E-XPRO板卡所有功能的实现离不开Atmel的这颗核心微控制器器件ATSAM4E16E。

ATSAM4E16E是一颗高性能的Cortex-M4微控制器,集成浮点运算单元(FPU),主频最大可达到120MHz,采用了LFBGA 144封装,大小仅为10mm*10mm,见下图

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微控制器ATSAM4E16E

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ATSAM4E16E系统原理框图

ATSAM4E16E微控制器特性:

  • ARM Cortex-M4处理器,2KB Cache,120MHz主频,带FPU单元,内部集成1MB Flash、128KB SRAM
  • Ethernet MAC(10/100 Mbps)、CAN控制器*2
  • 高速多媒体接口(SDIO/SD CARD/MMC)、NAND控制器、USB2.0 FS Device
  • 16位 ADC*2、12位 DAC*1、一个模拟比较器
  • USART*2、UART *2、TWI*2、3个3通道定时/计数器、AES、RTC、PWM、SPI等,最大可支持扩展117 I/Os

ATSAM4E-XPRO板卡中央区域的电路正是由ATSAM4E16E微控制器构成的最小系统,由于采用了LFBGA封装技术,芯片看上去更加小巧,相比采用LQFP封装的同款产品,面积减小了将近3/4,而在功能和性能上,ATSAM4E16E更是丝毫不差,120MHz主频、FPU单元、1MB片上 Flash、128KB片上SRAM,在Atmel同系列的产品中是属于最高性能的规格。

而在功能上,除了在板卡上就已经体现的USB2.0 FS Device、10/100 M以太网、NAND控制器、HMCI接口等外,ATSAM4E16E内部还集成了丰富的模拟部分:

  • AFE:两个16位ADC,最大可支持24通道
  • 一个两通道的12位DAC,1Msps
  • 一个模拟比较器

丰富的功能加上出众的性能使ATSAM4E16E具备了通用微控制器的特性,因此在我们生活中可应用的场景非常多,如工业自动化、人机交互、物联网设备、家居和楼宇控制以及能源管理等,比如下图则为简易的人机界面交互应用框图。

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基于ATSAM4E16E微控制器的人机交互应用

上电跑例程

熟悉了开发板的基本情况后,我们再通过上电使用进一步了解ATSAM4E-XPRO板卡的功能。从先前的介绍中我们已经知晓,这次ATSAM4E-XPRO开发板作为Xplained Pro平台最大的改变是板卡上集成了以太网以及CAN电路,下面也主要以这两个功能为重点展示。

当然,准备工作还是必不可少,首先需要安装Atmel配套的IDE工具Atmel Studio,目前为最新版本为6.2,如果以前装过,确保将Atmel Studio的ASF更新到ASF3.15 (Feb 2014)以上,以便获得对ATSAM4E-XPRO评估板的更好的支持。

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Atmel Studio ASF3.15版本说明

除了官方提供的Atmel Studio,也可以用IAR等第三方IDE工具,但相对来说,尤其是第一次接触Atmel开发板的工程师,使用Atmel Studio比较方便,好处也多,不用考虑安装驱动、环境配置等其他因素,一个Atmel Studio就完全搞定,简单粗暴,实用性强(当然软件的加载速度有待提升)。

ATSAM4E-XPRO板卡内置的是一个LED闪烁的程序,接上MicroUSB线上电即可工作(如下图),细细想来,貌似所有Atmel的板卡出厂默认程序基本都是LED的闪烁。

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ATSAM4E-XPRO板卡运行出厂内置程序

不用理会默认的出厂程序,通过Atmel Studio提供的丰富例程我们可以自定义编程、下载其它程序,如接下来的以太网以及CAN功能的实现。

打开Atmel Studio,通过MicroUSB线连接板卡的MicroUSB Debug接口以及PC端,Atmel Studio可以自动识别板卡的信息,并提供相应的例程入口以及相关资料,对于初次接触Atmel板卡的工程师有一定引导作用(所以要确保Atmel Studio保持最新版本状态)

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连接ATSAM4E-XPRO板卡的Atmel Studio

  • Ethernet功能

在Xplained Pro平台上,还是第一次出现了完整的以太网电路,对于这个功能,笔者还是比较期待的。Atmel提供的以太网例程有两个,其中一个只针对MAC层,而我们选用则是另一个包括了PHY层通信的功能的例程,可实现ARP请求以及ICMP回复功能,这也主要得益于ATSAM4E-XPRO板卡搭载了完整的以太网电路。

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以太网例程

例程中测试的IP地址以及网关地址默认为192.168.0.2、192.168.0.250,这个可以在con_eth.h中根据实际网络环境设置。

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ATSAM4E-XPRO板卡默认的IP以及MAC的配置方式

设置完成,编译下载,将板卡接上网线,打开串口工具就能看到相关的打印信息。

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ATSAM4E-XPRO运行以太网例程

  • CAN功能

为了更清楚直观的了解CAN的功能,这里借助了两块ATSAM4E-XPRO板卡来实现CAN的通信。

  • 首先将两块板卡都下载Atmel Studio ASF中的CAN例程
  • 然后用两根导线将板卡CAN接口的CAN_H与CAN_H信号、CAN_L与CAN_L信号相互连接,由于CAN是差分电路,不像串口需要TX-RX、RX-TX这种交叉方式连接
  • 在PC端打开两个串口工具,分别监测两块板卡的串口

上电之后,我们能看到串口打印的CAN通信信息,可以通过输入“t”和“r”发送和接收信息,如下图

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ATSAM4E-XPRO运行CAN例程

更多的例程在本文中就不一一演示了,Atmel ATSAM4E-XPRO开发板到底还是给了我们一些不一样的的惊喜,我们无需DIY外部的电路就能够实现以太网以及CAN等功能的实现,无论是学习或者直接对板卡进行二次开发都是非常方便的。

小结

介绍了Atmel Xplained Pro平台又一块开发板 ATSAM4E-XPRO的特点以及使用情况,相较于Xplained Pro平台其他系列产品, ATSAM4E-XPRO的特点还是非常鲜明的。首次搭载了LFBGA封装技术的Cortex-M4处理器ATSAM4E16E,带浮点运算单元,集成先进的模拟功能,板卡搭载完整的以太网电路、CAN电路等,可以无需借助外部电路的扩展即可实现联网、CAN通信等应用,这大大方便了工程师学习或者直接对板卡进行二次开发,同时也丰富了Atmel Xplained Pro平台现有的产品线,真可谓一箭双雕。目前板卡在官网的报价为$99,当然有兴趣的还可以在与非网Atmel社区申请试用。

参考资料

 原创申明:本文为爱板网原创,谢绝转载! 
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@@阿飞 ·  2016-07-08