Freescale MPC8XX

Конечно, вот подробное описание семейства микроконтроллеров Freescale (ныне NXP) MPC8xx, его характеристики, парт-номера и совместимые модели.

Общее описание семейства MPC8xx

MPC8xx — это семейство высокоинтегрированных 32-битных микроконтроллеров (MCU), построенных на базе процессорного ядра PowerPC® (архитектура Power Architecture). Эти микросхемы, впервые представленные в середине 1990-х годов компанией Motorola (позже Freescale, а сейчас NXP), стали революционными для своего времени благодаря концепции системы-на-кристалле (SoC). Они широко применялись в телекоммуникационном, сетевом, промышленном и встраиваемом оборудовании.

Ключевая особенность: Объединение на одном кристалле:

1. Ядро процессора (CPU Core): Ядро семейства MPC8xx (часто называемое "ядром 8xx" или "CPM Core") является предшественником знаменитого ядра e300 (используемого в MPC82xx/83xx). Оно имеет гарвардскую архитектуру, суперскалярное исполнение (до 2 инструкций за такт) и содержит в себе 4-8 КБ кэш-памяти инструкций и данных.
2. Коммуникационный процессорный модуль (CPM - Communications Processor Module): Это "визитная карточка" MPC8xx. CPM — это отдельный RISC-процессор (на ядре RISC 8xx), который разгружает основное ядро, управляя многочисленными периферийными интерфейсами связи. Он содержит:
   • Два контроллера SCC (Serial Communication Controller) — программируемые под различные протоколы (UART, HDLC, SDLC, AppleTalk и др.).
   • Два контроллера SMC (Serial Management Channel) — для простых UART-протоколов.
   • Один контроллер SPI.
   • Один контроллер I2C.
   • Контроллер прерываний.
   • Таймеры (4 общих 16-битных таймера + watchdog timer).
   • Контроллер микропортов (Parallel Interface) для гибкого ввода/вывода.
3. Встроенная память: Модуль контроллера памяти (включая контроллер DRAM) и часто встроенная быстрая статическая память (SRAM).
4. Дополнительная периферия: Контроллер прерываний, системный интерфейс, часы реального времени (RTC) на некоторых моделях.

Основные преимущества:

• Высокая интеграция, снижающая стоимость и сложность платы.
• Отличная производительность в коммуникационных задачах благодаря CPM.
• Низкое энергопотребление.
• Широкая поддержка промышленных протоколов связи.

Технические характеристики (усредненные для семейства)

• Архитектура: 32-бит, PowerPC (Book E).
• Тактовая частота ядра: От 25 МГц до 133 МГц (в зависимости от модели).
• Тактовая частота CPM: Обычно равна частоте ядра или работает на фиксированном соотношении.
• Производительность: До 140 MIPS (для MPC866/MPC885).
• Встроенная память:
  • Кэш-память: 4 КБ или 8 КБ для инструкций, 4 КБ или 8 КБ для данных (в зависимости от модели).
  • SRAM: До 16 КБ (на кристалле, для быстрого доступа).
• Контроллер внешней памяти: Поддерживает DRAM (SDRAM, Page Mode), SRAM, ROM, Flash (до 8 банков).
• Коммуникационные интерфейсы (через CPM):
  • Ethernet: 10 Мбит/с (через SCC + внешний PHY). Некоторые модели (MPC885) имеют поддержку 100 Мбит/с Fast Ethernet.
  • Последовательные порты: Множество UART, HDLC-каналов.
  • USB 1.1: На MPC821, MPC823, MPC850.
  • CAN 2.0B: На MPC823.
• Другие интерфейсы:
  • SPI, I2C.
  • Параллельный порт (микропорт) для подключения LCD, клавиатуры и т.д.
  • Контроллер DMA (4 канала).
  • Программируемые таймеры.
  • Watchdog таймер.
  • RTC (на некоторых моделях).
• Напряжение питания: 3.3В для ввода/вывода (I/O), 2.5В или 1.8В для ядра (в более новых моделях).
• Техпроцесс: 0.35 мкм, 0.25 мкм.
• Корпуса: QFP, PBGA (от 160 до 357 выводов).

Парт-номера (номера деталей) и совместимые модели

Семейство MPC8xx делится на несколько серий. Ниже приведены ключевые модели, отсортированные по возрастанию возможностей.

1. Базовые модели (без MMU)

• MPC823/MPC823E: Одна из самых популярных моделей. Имеет USB 1.1, контроллер LCD, контроллер CAN 2.0B. Широко использовался в КПК (например, Palm PDA).
• MPC850/MPC850E: "Рабочая лошадка" для сетевых маршрутизаторов и коммутаторов начального уровня. Много вариантов с разным набором интерфейсов (MPC850L, MPC850SR и др.).
• MPC852T: Улучшенная версия MPC850, оптимизированная для телекома.
• MPC855T: Аналогичен MPC852T, но с поддержкой Time-Slot Assigner (TSA) для TDM-сетей.

2. Продвинутые модели (с MMU - Memory Management Unit)

Имеют блок MMU, что позволяет запускать более сложные ОС (например, Linux).

• MPC860/MPC860E (PowerQUICC I): Флагманская модель первого поколения. Крайне популярен в сетевом оборудовании (маршрутизаторы, мосты, концентраторы). Существует множество подтипов:
  • MPC860SAR — для ATM.
  • MPC860MH — для обработки моторов.
  • MPC860EN — с двумя Ethernet-контроллерами (10 Мбит).
  • MPC860SR — с одним Ethernet и синхронными портами.
  • MPC860T — общий вариант.
• MPC862/MPC862E: Развитие MPC860 с улучшенным контроллером памяти и дополнительными функциями.
• MPC866/MPC866E: Еще более совершенная модель с повышенной частотой.

3. Модели второго поколения (PowerQUICC II)

Хотя формально следующее поколение — это MPC82xx (с ядром e300), некоторые модели MPC8xx также относят к ранним PowerQUICC II из-за улучшений.

• MPC885/MPC887 (PowerQUICC II): Вершина развития линейки 8xx. Имеет частоту до 133 МГц, поддержку Fast Ethernet (100 Мбит/с), улучшенный CPM, больше встроенной SRAM. MPC887 — это вариант без Ethernet.

Совместимость и замена

• Внутри семейства: Совместимость в основном программная на уровне ядра и CPM. Однако из-за различий в наборах периферии, контроллерах памяти и выводах аппаратная совместимость (pin-to-pin) отсутствует. Плату под одну модель нельзя использовать для другой без серьезных изменений.

• Преемники: Семейство MPC8xx было логически продолжено в:

  • MPC82xx (PowerQUICC II) — на ядре e300, более высокая частота, интегрированный Fast Ethernet (FEC), PCI-шина.
  • MPC83xx (PowerQUICC II Pro) — на ядре e300, еще больше интеграции, поддержка Gigabit Ethernet, SATA, PCI Express.
  • Эти семейства сохранили философию CPM, но с более современной и производительной архитектурой.

• Современные аналоги от NXP: Для новых разработок NXP предлагает использовать более современные семейства:

  • Layerscape — для высокопроизводительных сетевых применений.
  • QorIQ — для масштабируемых встраиваемых решений.
  • MPC57xx — для автомобильной и промышленной автоматизации (на архитектуре Power Architecture).
  • i.MX RT (crossover процессоры) и Kinetis (MCU на ARM) — для широкого спектра встраиваемых приложений.

Важно: MPC8xx являются устаревшими (End-of-Life) продуктами. Для новых проектов рекомендуется выбирать современные аналоги. Однако эти микроконтроллеры до сих пор используются в поддержке legacy-оборудования, и для них существует обширная кодовая база и документация.