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支持免晶振USB设计——飞思卡尔Freedom FRDM-K22F评测
发布时间:2014-12-30
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支持免晶振USB设计——飞思卡尔Freedom FRDM-K22F评测
发布时间:2014-12-30
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Freedom开发板是飞思卡尔引进ARM Cortex-M系列处理器后的一个重要的MCU开发平台,这个平台的板卡都具有相似的特征,如基于Kinetis系列MCU,配以飞思卡尔传感器、搭载OpenSDA调试接口、兼容第三方扩展接口等特性,是一种小型化、低功耗、高性价比的微控制器评估和开发的平台。

在爱板网过往的评测文章中,我们了解过Freedom平台基于Kinetis L以及Kinetis E系列的微控制器板卡,今天将会介绍飞思卡尔推出的最新一款基于Kinetis K系列微控制器的Freedom平台开发板——由e络盟电子提供的FRDM-K22F,相信大家对e络盟(element14)并不陌生,这是业界一家领先的电子元件分销商,也时常会和半导体商推出一些有特色的板卡,有兴趣的工程师可以经常关注看看。笔者手上拿到的这款FRDM-K22F板卡在e络盟电子目前的报价为204.7RMB。

FRDM-K22F开发板

FRDM-K22F开发板继承飞思卡尔Freedom平台一贯精致简约的抽屉式包装,见下图。

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不过这次的板卡倒是给人不少惊喜,首先从外观来说,FRDM-K22F是属于比较养眼的橙色,很酷很有活力。仔细回想一下,貌似飞思卡尔每个系列的Freedom板卡颜色都是不同的,非常有特点,可以说个性十足。不过,笔者依然认定FRDM-K22F是目前所有Freedom板卡中最精致美观的,没有之一。

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不妨更深入得来了解下FRDM-K22F。

FRDM-K22F属于4层板设计,大小约为81mm*53mm,比名片更小。整个板卡四角仍旧是Freedom平台的圆弧设计风格,而且四角打磨的非常光滑,手指划过,没有一点毛刺感,这种情况在一块开发板上还是很少见到的(Atmel的板卡除外)。

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无论是板卡整体的设计布局,亦或是做工,FRDM-K22F都给人呈现一种“美到没朋友”的诠释,即使称之为开发板中的艺术品一点也不为过。当然,如果FRDM-K22F仅仅是“美得冒泡”,没有与之匹配的性能或是功能,那相信也只能沦为花瓶。So,我们还是来重点看下板载的资源情况。

FRDM-K22F基于ARM Cortex-M4内核的飞思卡尔Kinetis K系列微控制器MK22FN512VLH12,主打免外部晶振的USB应用领域,板载全新的OpenSDAv2.1调试器、支持ARM mbed项目,板卡配有加速度传感器和磁力计、RGB LED、兼容Arduino UNO R3的扩展接口等丰富的开发功能。

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FRDM-K22F开发板特性:

  • MK22FN512VLH12 MCU - 120 MHz,512 KB闪存,128 KB RAM,免晶振USB,64 LQFP封装
  • 两个MicroUSB接口-OpenSDAv2.1 USB、K22F USB
  • 一个RGB LED
  • 一个 加速度传感器和磁力计 FXOS8700CQ
  • 两个用户按钮、一个复位按键
  • 灵活的供电选项 - OpenSDAv2.1 USB、K22F USB或外部电源
  • 兼容Arduino UNO R3的扩展接口
  • 可编程OpenSDAv2.1调试器
  • 可选的microSD卡插槽,用于通过SPI进行操作
  • 可选的附加射频模块接头:nRF24L01+ Nordic 2.4 GHz无线通信
  • 可选的附加Bluetooth模块接头:JY-MCU BT电路板V1.05 BT
  • 支持ARM mbed

在FRDM-K22F开发板上的众多特性中,可能最容易让人迷惑的地方是板载的两个MicroUSB接口的功能,首先,我们可以将这两个MicroUSB接口简单的区分为K22F-USB接口以及OpenSDAv2.1 Debug USB接口。

其中K22F-USB接口默认实现的是K22F微控制器USB Device功能,但同时可以通过安装USB CDC驱动实现虚拟串口功能,不仅如此,我们更是可以通过板载的USB HOST 5V 使能跳帽实现K22F微控制器的USB HOST功能(如下图),是不是很强大。

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另外的OpenSDA2.1 Debug USB接口的功能就更多了,而我们在实际使用K22F开发板的时候,无论是下载调试等基本上都离不开它,OpenSDA2.1 Debug USB接口的几个主要特性如下:

  • 大容量存储设备(MSD)闪存编程接口(也就是Bootloader模式,具体的操作可以参考FRDM-KL25Z开发板评测
  • CMSIS-DAP调试接口,AMR 标准的嵌入式调试接口
  • 开源硬件设计、开源Bootloader、开源固件
  • 实现ARM mbed Flash编程功能
  • 虚拟串行端口功能

对于第一次接触飞思卡尔Freedom开发平台的朋友,这两个MicroUSB的功能熟悉需要一段时间适应,但是当所有功能都被你“玩弄于股掌之间”时,你完全可以免去了第三方的调试工具进行完整的项目开发。

FRDM-K22F开发板上,另一个比较鲜明的特点是板卡带有“后备”功能,如果仔细观察的话能发现板卡有许多未贴片的器件,如音频电路、microSD卡等,甚至还预留了许多可选功能的接口,如下图所示的射频模块接口、Bluetooth模块接口,这也可以算为工程师以后DIY预留了非常丰富的“扩展功能”。

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微控制器MK22FN512VLH12

FRDM-K22F开发板的核心是板卡中央位置处的飞思卡尔Kinetis K系列微控制器MK22FN512VLH12,采用LQFP-64封装,10mm*10mm大小。该系列微控制器主要特色是支持免晶振USB设计,能够降低系统成本,节约电路板空间。

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微控制器MK22FN512VLH12特性:

  • ARM Cortex-M4 内核, DSP 指令系统,1.25 Dhrystone MIPS/MHz、512 KB 片内 Flash 和 128 KB RAM
  • 3 个内部振荡器:32 kHz、4 MHz 和 48 MHz
  • 两个 8 通道电机控制/通用/PWM 定时器
  • 两个 2 通道电机控制/通用定时器,具有正交解码器功
  • 两个 16 位 SAR ADC,在 12 位模式下转换速率达 1.2MS/s、两个 12 位 DAC
  • 两个模拟比较器(CMP),含 6 位 DAC
  • USB 全速/低速 On-the-Go 控制器,带有片载收发器及 120 mA USB LDO 稳压器
  • 两个 SPI 模块、3 个 UART 模块和一个低功耗 UART、I2S 模块
  • 两个 I2C 模块:可支持 400 kbit/s 操作
  • 最大可扩展40个IOs

从MK22FN512VLH12微控制器的系统框图中我们能比较直观的了解这颗MCU的性能和功能,整个微控制器由9个单元组成,包括高性能的核心处理器ARM Coretex-M4、系统外设、存储器和存储接口、时钟、安全模块、模拟模块、定时器、通信接口、人机接口。从微控制器MK22FN512VLH12的特性介绍中我们也可以了解每个单元的详细功能,这里就不再重复介绍了。

MK22FN512VLH12微控制器的特性决定了其丰富的应用场景,如目前流行的智能手机周边附件:迷你蓝牙耳机,智能电源、苹果音箱等解决方案,下图则是基于K22系列微控制器设计的无线音乐播放器的简易硬件框图。

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如何开发

要想进一步了解FRDM-K22F开发板,动手操作是最有效的途径。坦白的说,飞思卡尔FRDM-K22F支持的集成开发工具非常多,如IAR、Keil、CodeWarrior、KDS、mbed等,工程师可以根据自己的使用习惯选择对应的工具,对于初次接触开发板的朋友,推荐使用KDS+mbed在线IDE工具的组合。首先这两个都是免费的工具,没有使用限制,也不需要成本,而且还可以互补使用,完全不会有冲突。KDS适合完整项目的开发,包括了代码的编辑、编译、下载,调试,而mbed IDE在线工具除了无法进行调试外,编辑、编译、下载都很方便,可以说,有网的地方就可以使用,而且无需安装。

至于针对FRDM-K22F硬件调试工具,那就没什么好争议的,直接使用板载的OpenSDAv2.1调试器最为方便省事。当然,FRDM-K22F也支持“有钱可以任性”的想法,你也可以使用第三方的针对ARM内核的硬件调试工具进行板卡开发,比如J-LINK。每个IDE工具的具体使用这里就不再介绍了,可以参考爱板网过往的评测文章中的相关使用操作说明:

不过,这里重点要提一下FRDM-K22F搭载的这个OpenSDAv2.1调试器,在FRDM-KL25Z的开发板上,我们第一次接触了飞思卡尔具有跨时代意义的OpenSDA调试器的诞生,其使用U盘device模式烧写代码的方式,消除了需要额外安装调试器驱动的鸡肋,而且其更新固件和稳定性都非常方便,值得称道,不过所谓的OpenSDA,在第一代上并没有像它所命名的那样Open,并不开源。

而后,在飞思卡尔推出的FRDM-K64开发板上,OpenSDA调试器更新了到了OpenSDA V2版本,而在此时爱板网拿到的FRDM-K22F开发板上,调试器已经更新到了OpenSDAv2.1版本,这与V2版本,差别不大,而与OpenSDA一代相比,除了硬件电路没有什么重大的改变外(增加了一些电平逻辑的转换,适用一些更高端的MCU,可以使用2.5V、1.8V等电平),而固件是彻底的升级了,换成了基于开源的CMSIS-DAP调试器,解决了包括Bootloader和所有应用(Debug,虚拟串口和MSD等)的开源问题。

除此之外,OpenSDA V2.1的固件和应用的文件格式都变为了.bin文件,不再是原来的.S19、.SDA格式,这点需要注意,弄混了下载进去的代码是无法运行的。

另外,SEGGER官网为飞思卡尔OpenSDAV2.1调试器同样提供了J-LINK的固件支持,使之支持J-LINK Lite,允许用户使用J-LINK的一些特性,如超快速的FLASH下载、调试,以及可以使用GDBServer,具体资料可以参考OpenSDA V2.1firmware

了解搭建完FRDM-K22F开发板的基本环境后,我们就可以正式对板卡进行开发了。相关的step-to-step操作在飞思卡尔提供的快速开发包中都有说明,这里不再详细介绍。

FRDM-K22F开发板初次上电会运行板卡自带的Demo程序,包括气泡水平仪、电子罗盘、USB CDC演示、金属探测器、计时器、无线鼠标功能演示,具体的操作可以通过MicroUSB Debug串口(串口驱动下载)输出的打印内容一步步执行,有兴趣的朋友可以去e络盟购买板卡亲自体会,本文接下来将介绍如何实现FRDM-K22F最快捷的上手操作、下载例程。

通过FRDM-K22F开发板MicroUSB Debug接口上电,电脑端会出现一个可用空间为512KB的mbed盘符,点击其中的mbed.htm文件,然后可以最快速地进入mbed平台开发环境。

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mbed在线IDE工具已经在爱板网的评测文章中多次介绍过了,不过大多是针对ST的Nucleo系列板卡,对于飞思卡尔的板卡,这算是第一次正式使用mbed在线IDE工具。

将上述例程代码编译完成的bin文件直接复制到mbed盘符中就能完成Flash程序的烧写。如代码中所表达的,通过SW2以及SW3两个用户按键可以切换RGB LED显示的色彩,串口也会出现相应的字符输出,通过在线mbed工具可以实现对FRDM-K22F开发板最快捷的Flash编程开发。下图则是按下SW3用户按键后开发板的运行情况。

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注意:若在第一次连接FRDM-K22F开发板时候PC端没出现mbed盘符的话,你需要启动OpenSDAv2.1的bootloader功能。此时你可以可以按住Reset按键然后通过MicroUSB Debug接口给开发板重新上电,在电脑端显示一个可用空间为96KB的Bootloader存储盘,内有一个mbed.htm文件,打开就能进入FRDM-K22F开发板的mbed项目页面,此时你可以下载启用mbed编程功能的固件,将它复制到FRDM-K22F开发板的Bootloader存储盘中,板卡会自动执行固件,实现mbed编程功能,无需按住Reset键重新对MicroUSB Debug口上电,就可以看到一个可用空间为512KB的mbed存储盘。

如果需要通过FRDM-K22F调试程序的话,就需要配合更专业的IDE工具了,推荐使用飞思卡尔官方提供的免费IDE KDS,可以搭配板载的OpenSDAv2.1进行下载调试,如果在使用KDS时候无法找到对应的FRDM-K22F板卡,可以通过Help中的软件包更新来解决,如下图所示,具体的操作过程不再多做介绍,用户可以自行摸索选择最适合自己的集成开发工具。

最后,再附上一些FRDM-K22F开发过程中一些常用的固件下载地址以及FRDM-K22F开发板评测视频:

小结

介绍了飞思卡尔基于Kinetis K系列的Freedom平台开发板FRDM-K22F的特点以及使用情况,FRDM-K22F搭载高性能的混合信号控制器MK22FN512VLH12,基于ARM Cortex-M4内核,带DSP指令系统,集成免晶振的USB全速/低速OTG功能、先进的模拟部分,支持I2S接口,非常适用于小型化、低功耗的USB应用解决方案,如文中提到的智能手机周边附件,迷你蓝牙耳机、智能电源、无线音乐盒等;另外,FRDM-K22F板卡还搭载最新的OpenSDAv2.1调试器,基于开源的CMSIS-DAP调试接口,解决了包括Bootloader和所有应用(Debug,虚拟串口和MSD等)的开源问题。FRDM-K22F开发板目前在e络盟的售价为204.7RMB,感兴趣的朋友一定不能错过。

参考资料

 原创申明:本文为爱板网原创,谢绝转载! 
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suyong_yq ·  2015-01-01
skyflake ·  2014-12-31