現(xiàn)今的嵌入式工業(yè)及汽車系統(tǒng)中，有許多是基于8位或16位微控制器架構(gòu)來設(shè)計(jì)的。隨著新的低功耗32位架構(gòu)的面市，這些應(yīng)用有可能獲得更高的性能、準(zhǔn)確度和功效。此外，處理能力的提高也有助于實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的差異性功能，包括先進(jìn)的控制算法，GUI顯示器、語音控制，以及電容式觸摸感測(cè)等下一代接口。

例如，在許多工業(yè)應(yīng)用中，馬達(dá)效率是影響功耗的主要因素之一。利用先進(jìn)的控制算法可以提高馬達(dá)效率，但這些算法又需要更高性能的微控制器來實(shí)現(xiàn)。另一方面，通信速度也同樣會(huì)影響效率，因?yàn)橥ㄐ潘俣仍礁?，系統(tǒng)就能夠從傳感器收集到更多的信息，同時(shí)更快速地識(shí)別事件并采取相應(yīng)的行動(dòng)。

過去32位架構(gòu)轉(zhuǎn)換一直受拖延的原因很多，比如微控制器的成本較高，不支持5V I/O等等。而現(xiàn)在，隨著愛特梅爾推出帶有全浮點(diǎn)單元(floating-point unit,FPU)的工業(yè)級(jí)微控制器——AVR® UC3C 32位微控制器，這些問題甚至其他一些設(shè)計(jì)問題都已迎刃而解。AVR UC3C整合了外設(shè)事件系統(tǒng)、高精度時(shí)鐘方案和高性能外設(shè)，可提高系統(tǒng)的性能、可靠性和功效。此外，安全Flash、硬件式安全機(jī)制、直接連接模擬傳感器的能力，以及可配置軟件框架等多項(xiàng)功能的集成，可大大加快應(yīng)用的開發(fā)進(jìn)程。最后，AVR UC3C專門針對(duì)工業(yè)及汽車應(yīng)用的特殊要求進(jìn)行了優(yōu)化，不僅能提供32位處理能力，而且其功耗僅相當(dāng)于8位或16位微控制器的水平。

32位處理性能

32位與8/16位系統(tǒng)的效率差異相當(dāng)大，在16位處理器上，一次普通的32位乘/累加操作需要4次乘法與4次加法運(yùn)算。由于需要訪問存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)中間結(jié)果或釋放多個(gè)寄存器，執(zhí)行效率會(huì)進(jìn)一步降低，并可能減慢其他操作的速度。因此，在16處理器上，一次32位乘法可能需要20～40個(gè)周期。而32位UC3C處理器只需要單個(gè)周期即可。此外，32位管線較寬，故從存儲(chǔ)器檢索數(shù)據(jù)及指令的速度更快。

集成式FPU的推出也使應(yīng)用開發(fā)得以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。當(dāng)一種算法過于周期密集或需采用定點(diǎn)格式來實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須花費(fèi)產(chǎn)品開發(fā)周期的很大一部分時(shí)間來尋找能夠簡(jiǎn)化算法、加速計(jì)算的方法。這類簡(jiǎn)化常常是以準(zhǔn)確度為代價(jià)的。而利用FPU實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法所需要的工作量較小，動(dòng)態(tài)范圍更寬，并可保持最高的精度。利用32位浮點(diǎn)指令來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法，不僅可以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和效率，還能夠大幅度加快開發(fā)進(jìn)程。浮點(diǎn)技術(shù)對(duì)廣大范圍內(nèi)的多種應(yīng)用都很有用，包括機(jī)器人技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、馬達(dá)控制和音頻應(yīng)用。

愛特梅爾AVR® UC3C 32位微控制器指令集是結(jié)合了16位和32位指令的豐富指令集，可以利用C語言編譯器平衡性能與代碼密度。不過，UC3C微控制器的最大優(yōu)勢(shì)在于它的架構(gòu)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)中常見的實(shí)時(shí)事件管理進(jìn)行了優(yōu)化。UC3C微控制器支持廣大范圍的各種高精度外設(shè)和接口，比如嵌入式系統(tǒng)需要的CAN和LIN，并支持整個(gè)工業(yè)溫度范圍的可靠運(yùn)作。AVR UC3C架構(gòu)設(shè)計(jì)是針對(duì)較小化處理延時(shí)以確保實(shí)時(shí)事件處理的，如圖1所示，系統(tǒng)可靠性和操作人員安全性的微控制器。

圖1表示的是愛特梅爾AVR UC3C 32位微控制器是一款高性能微控制器，設(shè)計(jì)具有較小處理延時(shí)以確保實(shí)時(shí)事件處理，從而確保系統(tǒng)可靠性和操作人員安全性。

圖1 愛特梅爾AVR UC3C 32位微控制器設(shè)計(jì)框圖

增強(qiáng)的處理能力可通過多種不同的方式來提升應(yīng)用的性能：

更高的準(zhǔn)確度和精度：更大的處理能力讓微控制器能夠以更高的采樣率支持更精確的ADC和DAC。

模擬傳感器的直接使用：AVR UC3C具有基于DMA的ADC、先進(jìn)的處理能力，以及可正確管理模擬傳感器的精確時(shí)序的集成技術(shù)，故相比傳統(tǒng)的微控制器架構(gòu)，可以支持更多的模擬傳感器。

更先進(jìn)的算法：實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的算法，如三相馬達(dá)控制和死區(qū)插入技術(shù)(dead-band insertion techniques)，可以提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)的功耗和成本。

差異性：更大的處理能力還能夠?qū)崿F(xiàn)更先進(jìn)的用戶接口圖形。例如，許多微控制器都需要4或5個(gè)芯片才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電容式觸摸功能。而利用靈活、高性能的AVR UC3C，電容式就能夠采用軟件實(shí)現(xiàn)觸摸功能，并可通過任何I/O引腳工作，無需外部元件。

更大的通信帶寬：系統(tǒng)可以共享更多的數(shù)據(jù)，控制多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并捕捉分辨率更高的數(shù)據(jù)。目前的16位系統(tǒng)往往無法支持單個(gè)CAN或以太網(wǎng)堆棧。而利用帶DMA的32位架構(gòu)，單個(gè)器件就可以作為多接口網(wǎng)關(guān)。

5V I/O標(biāo)準(zhǔn)

隨著制造工藝尺寸的縮小，微控制器供應(yīng)商也順應(yīng)形勢(shì)，致力于減小I/O電壓以降低功耗和提高穩(wěn)定性。雖然這種電壓減小對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品等眾多應(yīng)用是很有利的，但由于工業(yè)市場(chǎng)中的系統(tǒng)要求更長(zhǎng)的使用壽命，故不適合于采用3.3V I/O。因此，工業(yè)應(yīng)用中的大多數(shù)元件仍然是基于5V I/O的。

一直以來，32位處理器只提供3.3V I/O，因?yàn)樗鼈兊木w管數(shù)目較多，導(dǎo)致其制造工藝的幾何尺寸更小。為了支持市面上大量的基于5V的工業(yè)元件，這些處理器需要附加的電路，包括成本高昂的電平轉(zhuǎn)換器和電源，把5V I/O降至3.3V電平，以便于連接。當(dāng)然，更高的處理能力總是受歡迎的，但更高的成本卻不為市場(chǎng)所接受。至于轉(zhuǎn)換到3.3V I/O及元件這一替代方案也是不切實(shí)際的。大多數(shù)傳感器及其他工業(yè)元件都基于5V，故與其把系統(tǒng)需要的所有傳感器都來個(gè)大調(diào)換，繼續(xù)采用8位和16位微控制器則更方便、更具成本效益。

獨(dú)特的愛特梅爾AVR® UC3C 32位微控制器是首個(gè)支持5V I/O的工業(yè)級(jí)微控制器。這一成果通過更先進(jìn)的0.18µm工藝技術(shù)而得以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠湟砸环N可靠且具成本效益的方法支持更高的I/O電壓水平。這種本征5V I/O讓基于AVR UC3C的設(shè)計(jì)能夠充分利用32位微控制器新增加的CPU性能，無需任何復(fù)雜昂貴的電壓轉(zhuǎn)換器件。

除了支持5V I/O之外，AVR UC3C還附帶有廣大范圍的高性能外設(shè)，可滿足工業(yè)和汽車應(yīng)用的需求：

ADC：16通道，12位，采樣速率高達(dá)1.5Msps；雙采樣及保持能力；內(nèi)置校準(zhǔn)；內(nèi)部與外部參考電壓。

DAC：4路輸出(2×2通道)，12位分辨率；轉(zhuǎn)換速率達(dá)1Msps，1us建立時(shí)間(settling time)；靈活的轉(zhuǎn)換范圍；每通道1個(gè)連續(xù)輸出或2個(gè)采樣/保持輸出。

模擬比較器：4通道并帶有可選功率與速度；可選磁滯(0V、20mV和50mV)；靈活的輸入選擇和中斷；結(jié)合兩個(gè)比較器的窗口比較功能。

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：多個(gè)時(shí)鐘源(5個(gè)內(nèi)部的，3個(gè)外部的)；豐富的功能集(計(jì)數(shù)器、捕獲、上/下，PWM)；每通道2個(gè)輸入/輸出信號(hào)；全局啟動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)作。

正交解碼器：集成式解碼器，支持直接馬達(dá)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)。

多個(gè)接口：包括一個(gè)雙通道雙線接口(TWI)、主/從SPI，以及可用作SPI或LIN的全功能USART。

全集成USB：內(nèi)置USB2.0收發(fā)器，支持低(1.5Mbps)、全(12Mbps)和On-The-Go模式。此外，AVR軟件框架為各種USB設(shè)備(海量存儲(chǔ)、HID、CDC、音頻)、主設(shè)備(大容量存儲(chǔ)、HID、CDC)和組合功能設(shè)備提供生產(chǎn)就緒(production-ready)的驅(qū)動(dòng)程序。

更高的系統(tǒng)吞吐量

外設(shè)管理可能已經(jīng)成為一個(gè)主要的系統(tǒng)瓶頸問題，情況在外設(shè)數(shù)目與其工作頻率不斷提高的情況下則更嚴(yán)重。在一個(gè)傳統(tǒng)的中斷式系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)到達(dá)一個(gè)接口或傳感器端口，在被下一個(gè)數(shù)據(jù)值覆寫之前，CPU必須讀取和存儲(chǔ)結(jié)果。由于多通道高采樣速率，中斷開銷和數(shù)據(jù)處理會(huì)消耗很大比例的處理器可用時(shí)鐘周期。隨著被管理的外設(shè)數(shù)目增加，中斷延時(shí)也增加，從而引入抖動(dòng)，降低準(zhǔn)確度。另外，其他設(shè)計(jì)問題也隨之產(chǎn)生，比如致使任務(wù)調(diào)度復(fù)雜化的優(yōu)先級(jí)中斷處理。

為了便于多個(gè)高性能外設(shè)的高效工作，AVR UC3C架構(gòu)采用了一個(gè)外設(shè)事件系統(tǒng)，其允許外設(shè)自我管理，并彼此通信，無需主處理器干預(yù)，如圖2所示。外設(shè)事件控制器通過一個(gè)可實(shí)現(xiàn)所有外設(shè)互連的內(nèi)部通信結(jié)構(gòu)來獨(dú)立處理CPU的外設(shè)間信令。取代觸發(fā)一個(gè)中斷去通知CPU讀取外設(shè)或端口數(shù)據(jù)，外設(shè)可以自我管理，把數(shù)據(jù)直接傳送給SRAM存儲(chǔ)，所有這些都無需CPU任何干預(yù)。從功率角度來看，只有那些轉(zhuǎn)換功能模塊是有源的。在整個(gè)事件發(fā)生期間，設(shè)備中最耗電的部件CPU，被釋放出來執(zhí)行應(yīng)用代碼或進(jìn)入IDIE模式以節(jié)能，而不必為了處理高頻中斷頻頻處于活躍狀態(tài)。

圖2表示了外設(shè)事件系統(tǒng)允許外設(shè)自我管理，無需主處理器干預(yù)。例如，若無外設(shè)事件系統(tǒng)，定時(shí)器會(huì)在一個(gè)ADC上觸發(fā)一個(gè)轉(zhuǎn)換，然后把結(jié)果傳送給DMA，再存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器里，所有這些都無需CPU的任何干預(yù)。若帶有外設(shè)事件系統(tǒng)，沒有抖動(dòng)，且當(dāng)愛特梅爾AVR工作在66MHz時(shí)，響應(yīng)延時(shí)固定在三個(gè)周期僅33ns。

 
圖2 外設(shè)事件系統(tǒng)允許外設(shè)自我管理

相比基于CPU的中斷驅(qū)動(dòng)式事件控制器，外設(shè)事件控制器的響應(yīng)還具有更大的確定性。當(dāng)32位AVR UC3C工作在66MHz時(shí)，延時(shí)固定在三個(gè)周期或僅33ns，從而實(shí)現(xiàn)無抖動(dòng)的精確事件時(shí)序，使ADC和DAC上的數(shù)據(jù)讀取和傳輸更準(zhǔn)確。這種延時(shí)可預(yù)測(cè)以及無需CPU開銷的特性還可防止事件遺漏或數(shù)據(jù)丟失。

為了全面地觀察外設(shè)事件系統(tǒng)的功能，考慮管理單個(gè)SPI端口所需的CPU負(fù)荷。如果外設(shè)與SRAM之間的數(shù)據(jù)傳輸是基于中斷的，SPI端口在接收到數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)觸發(fā)一個(gè)中斷，然后CPU保存應(yīng)用環(huán)境(application context)，把數(shù)據(jù)傳送到SRAM的適當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖器中，再恢復(fù)應(yīng)用環(huán)境。即使在1.2Mbps的低數(shù)據(jù)率之下，管理SPI端口也需要53%的處理器能力。

反之，若采用外設(shè)事件系統(tǒng)，USB端口會(huì)自動(dòng)把接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻MA。DMA再自動(dòng)把該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)緩沖器中，所有這些操作都無需CPU的任何干預(yù)。實(shí)質(zhì)上，采用外設(shè)事件系統(tǒng)可省去與外設(shè)管理有關(guān)的所有中斷，從而能把更多的CPU能力留給應(yīng)用。

外設(shè)事件系統(tǒng)還能減低實(shí)時(shí)系統(tǒng)管理的總體復(fù)雜性。以一個(gè)典型的三相馬達(dá)控制應(yīng)用為例，這種應(yīng)用需要一個(gè)PWM利用開/關(guān)脈沖發(fā)送來驅(qū)動(dòng)電流。在開環(huán)架構(gòu)中必須同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)電流，才能確定反電動(dòng)勢(shì)(back-EMF)，以計(jì)算轉(zhuǎn)子的位置。閉環(huán)架構(gòu)也需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)電流，以讀取增量式編碼器返回的位置和方向數(shù)據(jù)。在緊急狀態(tài)下，系統(tǒng)還需要執(zhí)行硬件故障機(jī)制來中止馬達(dá)。而利用愛特梅爾AVR® UC3C 32位微控制器，所有這些輸入和輸出都可以通過外設(shè)事件系統(tǒng)在后臺(tái)進(jìn)行管理。

工業(yè)和汽車應(yīng)用需要大量不同的時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)支持的眾多功能。AVR UC3C架構(gòu)提供有多個(gè)時(shí)鐘選擇，從而可省去系統(tǒng)原本可能需要的多個(gè)外部時(shí)鐘源。AVR UC3C提供的時(shí)鐘選擇包括3個(gè)內(nèi)部RC振蕩器(115kHz、8MHz及120MHz)和1個(gè)用于生成頻率范圍從80MHz到240MHz的高速系統(tǒng)時(shí)鐘的鎖相環(huán)(PLL)。任何一個(gè)振蕩器都可作為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)源，外部振蕩器可用于提供額外的時(shí)鐘頻率。

IP保護(hù)

由于目前制造業(yè)常常將業(yè)務(wù)外包和離岸外包，加上軟件所包含的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)越來越多，代碼保護(hù)成為關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)。有關(guān)IP保護(hù)的三大主要因素包括：

源代碼和目標(biāo)代碼的保護(hù)：存儲(chǔ)程序代碼的Flash必須具有鎖定功能，以保護(hù)代碼不被讀取或拷貝。這不僅可以防止競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手竊取應(yīng)用代碼，還能防止欠考慮的離岸制造商復(fù)制代碼，私下制造產(chǎn)品在當(dāng)?shù)劁N售。

代碼的部分鎖定：利用第三方開發(fā)商提供的應(yīng)用代碼，可以顯著加快系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)程，尤其是對(duì)依賴專用算法的應(yīng)用而言。傳統(tǒng)的保護(hù)機(jī)制，比如只提供目標(biāo)代碼的方案，因?yàn)闊o法檢驗(yàn)代碼被使用的次數(shù)，故不足以保護(hù)第三方的投資。而部分鎖定Flash的功能讓第三方開發(fā)商能夠放心地提供專有的代碼，因?yàn)榇a已經(jīng)編程在微控制器上了。

器件編程成本：微控制器的編程必須在安裝在電路板上之前進(jìn)行，或者是采用器件內(nèi)編程的方式。預(yù)編程技術(shù)給物流帶來挑戰(zhàn)，因?yàn)槠骷仨毾仍诳煽康脑O(shè)施上編程，再運(yùn)送到制造廠房。器件內(nèi)編程技術(shù)則可以在制造階段添加最新代碼。器件編程常用的一種方法是利用微控制器的JTAG端口。這種方法的缺點(diǎn)是需要指定4個(gè)I/O引腳專用于此目的，而且二進(jìn)制代碼在微控制器和電路板之間傳送時(shí)會(huì)被暴露。替代方案是讓器件在工廠裝載啟動(dòng)加載程序代碼，而這些代碼擁有足以支持一個(gè)接口(如USB端口)的功能。AVR UC3C 就附帶有USB驅(qū)動(dòng)器，能夠支持器件固件升級(jí)(DFU)，允許器件通過系統(tǒng)的USB端口進(jìn)行編程。這就釋放了I/O引腳，并從系統(tǒng)BOM中刪去了JTAG標(biāo)頭。

愛特梅爾AVR® UC3C 32位微控制器架構(gòu)還包含了愛特梅爾FlashVault™代碼保護(hù)技術(shù)。FlashVault允許片上Flash進(jìn)行部分編程和鎖定，創(chuàng)建安全的片上存儲(chǔ)空間，用以保護(hù)軟件IP。Flash上的鎖定部分不能被讀取、拷貝或調(diào)試。在開發(fā)和調(diào)試期間，F(xiàn)lashVault還可以采用一種部分未保護(hù)模式工作，以訪問存儲(chǔ)在Flash中的應(yīng)用程序代碼，同時(shí)仍然能夠保護(hù)第三方代碼。啟動(dòng)加載程序代碼也可以被鎖定，以確保器件在出現(xiàn)災(zāi)難性軟件故障的情況下總是能夠重載應(yīng)用代碼。

系統(tǒng)安全性

對(duì)于工業(yè)和汽車應(yīng)用，由于系統(tǒng)故障可能造成代價(jià)高昂的后果，甚至可能導(dǎo)致操作人員的傷亡，故安全性是其主要考慮事項(xiàng)。事實(shí)上，相當(dāng)比例的系統(tǒng)都會(huì)遇到時(shí)鐘故障，因而系統(tǒng)必須具有從時(shí)鐘故障中良好恢復(fù)的能力，對(duì)于那些使用壽命預(yù)計(jì)數(shù)十年的工業(yè)系統(tǒng)尤其如此。例如，馬達(dá)控制系統(tǒng)必須能夠在檢測(cè)到時(shí)鐘故障時(shí)就智能化關(guān)斷系統(tǒng)，以保護(hù)馬達(dá)或操作人員避免災(zāi)難性損害。為此，AVR UC3C器件可以檢測(cè)出主要的時(shí)鐘故障，并切換到一個(gè)內(nèi)部115kHz RC振蕩器。系統(tǒng)可以利用備份時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行(同時(shí)觸發(fā)一個(gè)主時(shí)鐘發(fā)生故障的警報(bào))，或執(zhí)行任何必須的關(guān)斷操作，以使系統(tǒng)進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)。

另一個(gè)重要的安全功能是窗口式看門狗定時(shí)器。微控制器一般都采用看門狗定時(shí)器來監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。如果應(yīng)用代碼被破壞，看門狗定時(shí)器就不會(huì)被啟動(dòng)，而一個(gè)軟件復(fù)位被觸發(fā)，警告系統(tǒng)啟動(dòng)失敗。這種機(jī)制在軟件更新后顯得特別重要，以確保更新成功。

不過，看門狗定時(shí)器存在一個(gè)問題，就是它是通過軟件來設(shè)置和激活的。如果設(shè)置看門狗定時(shí)器的代碼從未被執(zhí)行，故障保護(hù)中斷就不會(huì)被觸發(fā)。窗口式看門狗定時(shí)器，如圖3所示，則是一種更為可靠的故障檢測(cè)形式，它定義了一個(gè)較窄的看門狗啟動(dòng)窗口。這種方案仍然需要定時(shí)器以軟件形式啟動(dòng)，但不會(huì)出現(xiàn)上述看門狗因是通過硬件設(shè)置和激活的就無法被設(shè)置的異常情況，并可防止已破壞的應(yīng)用程序錯(cuò)誤修改看門狗配置。于是，窗口式看門狗總是在系統(tǒng)上電時(shí)被設(shè)置和激活，故若應(yīng)用代碼被破壞，在設(shè)置時(shí)間之后，故障保護(hù)中斷將被觸發(fā)。

圖3所示的看門狗定時(shí)器的作用是，通過要求應(yīng)用在設(shè)置時(shí)間幀之內(nèi)對(duì)看門狗定時(shí)器進(jìn)行清零來確認(rèn)系統(tǒng)是否正常工作。對(duì)于傳統(tǒng)看門狗定時(shí)器，如果已破壞的系統(tǒng)復(fù)位看門狗定時(shí)器，若不能首先激活它，就無法執(zhí)行故障檢測(cè)。而窗口式看門狗定時(shí)器在系統(tǒng)上電時(shí)以硬件形式被設(shè)置和激活，故可確保系統(tǒng)故障被檢測(cè)到。

圖3 窗口式看門狗定時(shí)器

窗口式看門狗定時(shí)器只在某個(gè)時(shí)間幀內(nèi)被啟動(dòng)。例如有一個(gè)中斷，其應(yīng)該在執(zhí)行了一定的周期數(shù)之后才返回到主循環(huán)(啟動(dòng)看門狗定時(shí)器)。如果中斷返回太快，中斷就沒有被正確執(zhí)行，因此可能存在某個(gè)系統(tǒng)問題。對(duì)于傳統(tǒng)的看門狗定時(shí)器，這個(gè)問題會(huì)被忽略過去。而使用時(shí)間幀式看門狗定時(shí)器的話，這時(shí)定時(shí)器將被過快啟動(dòng)，從而觸發(fā)看門狗中斷。

加速系統(tǒng)開發(fā)

今天，在評(píng)測(cè)微控制器架構(gòu)時(shí)，需要考慮的不僅有器件的硬件能力，還包括可使用什么樣的軟件庫(kù)和應(yīng)用就緒應(yīng)用軟件。從頭開始設(shè)計(jì)一個(gè)完整的系統(tǒng)需要大量的開發(fā)資源和時(shí)間。反之，利用現(xiàn)有的軟件框架則可以加快上市速度，大幅度減少應(yīng)用開發(fā)投資。

愛特梅爾AVR®軟件框架可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)開發(fā)，它支持各種最優(yōu)化接口驅(qū)動(dòng)器、外設(shè)固件和應(yīng)用代碼，包括大量的馬達(dá)控制算法、電容式觸摸驅(qū)動(dòng)器、先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理算法(即FFT，以及帶通、高通及低通濾波器)、常用音頻與圖像編解碼器(如MP3)、語音識(shí)別引擎、顯示驅(qū)動(dòng)器、CAN/LIN服務(wù)，以及FAT12/16/32文件系統(tǒng)等等。利用該框架實(shí)現(xiàn)外設(shè)或接口驅(qū)動(dòng)器可大大簡(jiǎn)化固件開發(fā)，并縮短在AVR產(chǎn)品系列上移植應(yīng)用程序所需的時(shí)間。譬如，可用3個(gè)UART驅(qū)動(dòng)器支持RS-232與RS-485接口，還可以覆蓋一個(gè)CAN接口。同樣的，創(chuàng)建一個(gè)USB驅(qū)動(dòng)器就和選擇一個(gè)器件類別一樣簡(jiǎn)單，而且該框架提供有對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器代碼和協(xié)議堆棧。這個(gè)框架還包含了一個(gè)完整的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(freeRTOS)，并支持眾多流行產(chǎn)品，如uC-OS/II、embOS、ThreadX和openRTOS。愛特梅爾可免費(fèi)向客戶提供AVR軟件框架。

利用廣義的軟件框架有助于縮短開發(fā)時(shí)間，加快上市速度。AVR軟件框架提供有業(yè)界范圍最廣的生產(chǎn)就緒的軟件驅(qū)動(dòng)器及程序庫(kù)選擇，并包含了一組豐富的范例應(yīng)用完備文檔代碼。AVR微控制器可支持實(shí)時(shí)跟蹤，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作的完全可視化。此外，AVR微控制器每季都進(jìn)行更新，推出新功能。

利用直觀的GUI式愛特梅爾AVR Studio®開發(fā)環(huán)境可以快速配置驅(qū)動(dòng)器和接口，這樣一來，只需數(shù)分鐘而不是數(shù)個(gè)月就可以實(shí)現(xiàn)首個(gè)原型，如圖4所示。快速又簡(jiǎn)單的外設(shè)配置對(duì)工業(yè)市場(chǎng)而言是至關(guān)重要的，因?yàn)檫@樣一來，整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)得以把主要精力集中在應(yīng)用開發(fā)上，而不是浪費(fèi)在另一個(gè)UART驅(qū)動(dòng)器的編碼上。AVR Studio是業(yè)界最完善的8位和32位應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，可為所有AVR微控制器提供全面的編譯器和調(diào)試器支持。由于利用AVR軟件框架來配置外設(shè)，故不同AVR器件之間的移植是真正無縫的。AVR Studio與AVR軟件框架完全集成，二者都可免費(fèi)或免權(quán)益金獲取。

圖4所示為愛特梅爾AVR Studio開發(fā)環(huán)境，可為所有外設(shè)提供驅(qū)動(dòng)器和接口固件。采用這種方法，無需數(shù)個(gè)月，數(shù)分鐘就可以配置出首個(gè)原型。

圖4 愛特梅爾AVR Studio開發(fā)環(huán)境

愛特梅爾還提供有廣泛的硬件式系統(tǒng)內(nèi)編程、調(diào)試和評(píng)測(cè)工具。例如，愛特梅爾AT32UC3C-EK評(píng)測(cè)工具套件就具有開箱即用的簡(jiǎn)便性，可為愛特梅爾AVR® UC3C 32位微控制器架構(gòu)的大量功能提供使用入口。它能夠接入每一個(gè)引腳和片上資源，以簡(jiǎn)單的過程直接驗(yàn)證AVR UC3C出色的低功耗特性。該評(píng)測(cè)工具套件還有愛特梅爾QTouch®電容式觸摸能力，以及用于無線連接的RF4CE、ZigBee、Wi-Fi和藍(lán)牙插件板。

真正的系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不是把各種不同的芯片或子系統(tǒng)簡(jiǎn)單地組合起來?，F(xiàn)在的嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品是包含了眾多功能性組件的復(fù)雜系統(tǒng)。向32位架構(gòu)轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)將設(shè)計(jì)整合在單個(gè)微控制器上，而這種32位微控制器架構(gòu)針對(duì)高性能、低功耗、實(shí)時(shí)處理與系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了優(yōu)化。此外，這時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還可以在單個(gè)協(xié)調(diào)環(huán)境中完成，從而加快系統(tǒng)的開發(fā)和測(cè)試進(jìn)程。

AVR UC3C是業(yè)界首款專為工業(yè)和汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的32位處理器。UC3C整合了浮點(diǎn)計(jì)算能力和外設(shè)事件系統(tǒng)，支持32位性能，它提供的性能與處理能力能夠?yàn)檫@些系統(tǒng)引入先進(jìn)的功能性，并創(chuàng)建新的市場(chǎng)機(jī)遇。再結(jié)合適當(dāng)?shù)母呔韧庠O(shè)組合、原生5V I/O、安全Flash和最完善的設(shè)計(jì)環(huán)境，加之針對(duì)馬達(dá)控制、傳感器監(jiān)控以及數(shù)字信號(hào)處理功能的生產(chǎn)就緒代碼，UC3C成為那些需要實(shí)時(shí)可靠性、高性能及高功效的應(yīng)用的理想MCU選擇。