现在的开发人员过得很艰难，他们需要不断平衡在各种功能和应用程序中首选低功耗还是高性能，这种冲突性的需求让一个产品的研发进入停滞期，这些应用包括物联网(IoT)，工业自动化，医疗系统和消费设备。在这些应用中对快速增长的安全性的快速增长需求使开发人员难以找到能够满足广泛，多样且不断增长的冲突设计要求列表的单个微控制器系列。

　　但现在有答案了，恩智浦半导体推出了LPC55S6x系列微控制器。这些设备通过将强大的通用内核与高效的专用硬件和处理引擎相结合，帮助开发人员解决问题。

　　识别并满足不同的要求

　　互联产品从相对简单的系统迅速发展，其中最具挑战性的设计要求通常围绕通信的某些方面。现在，设计人员面临着一个极具挑战性的环境，在每个应用领域不断扩展的需求范围内几乎没有任何妥协。每个应用程序都要求开发人员根据需要转移重点，以解决应用程序自身独特的挑战。然而，对更高性能和更低功耗的需求是大多数主流应用领域的共同主题。

　　例如，智能工厂不仅依赖于信号处理所需的低延迟，高性能设备，而且还需要降低功耗，因为工厂工程师将更多这些设备装入狭小空间。消费类可穿戴设备不仅需要降低功耗的设计以确保延长电池寿命，而且还面临着能够处理更复杂工作负载的信号处理能力不断增长的需求。在每个应用领域，设计人员都面临越来越大的压力，需要更有效地应对这些设备，网络和企业资产的漏洞，以及来自个别网络，犯罪组织甚至国家赞助团体的即时攻击或高级持续性威胁。

　　为了满足这些不同的要求，开发人员通常会在妥协其设计的某些方面之间做出选择。它们可能通过使用性能较低的处理器，降低时钟速率或降低处理器的占空比来支持低功耗状态，从而牺牲应用性能以降低功耗。为了满足严格的性能要求，他们可能采用相反的方法，具有更强大的处理器，更快的时钟速率和更高的占空比，但代价是更大的功耗。对于计算复杂度更高的应用，他们可能会添加专用数字信号处理器(DSP)器件来加速算法执行，但会增加设计复杂性，成本和系统功耗。即使他们达到了可接受的力量和性能平衡。

　　虽然设计人员在需求方面苦苦挣扎，但用户对于医疗设备，工业自动化系统，零售支付设备等关键应用的要求越来越少，或者根本不需要妥协。恩智浦半导体的LPC55S6x微控制器系列通过将通用处理器的灵活性与新兴应用所需的专用处理能力和安全性相结合的架构，帮助设计人员消除妥协。

　　具有专用处理核心的广泛功能

　　恩智浦半导体的单核LPC55S66和双核LPC55S69微控制器市场的第一Cortex-M33的通用MCU，基于Arm V8M系列架构内置的低延迟，确定性性能。在其架构增强功能中，恩智浦的LPC55S6x器件包括该公司的高性能PowerQuad DSP加速器，CASPER(加密加速器和带信号处理引擎的RAM)加密引擎以及全面的安全子系统。LPC55S6x器件具有高达640 KB的闪存，高达320 KB的SRAM和128 KB的ROM，集成了任何深度嵌入式系统设计中通常所需的大量功能元件(图1)。

　　在这些元件中，LPC55S6x器件包括全面的定时器子系统，多个串行接口，安全直接存储器访问(DMA)控制器和多达64个通用I / O(GPIO)引脚。与这些数字子系统一起，LPC55S6x器件集成了多通道16位逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)，模拟比较器和温度传感器。此外，片上可编程逻辑单元(PLU)允许开发人员从其26个五输入查找表(LUT)元素阵列中构建自定义组合或顺序逻辑，包括状态机。开发人员可以访问PLU寄存器，直接为小型逻辑网络编程PLU，或使用恩智浦工具实现Verilog寄存器传输语言(RTL)中描述的更大的网络。

　　为了避免访问其多个子系统的瓶颈，LPC55S6x器件包含一个采用Arm高级微控制器总线架构(AMBA)高性能总线(AHB)架构构建的多层总线矩阵。AHB总线矩阵提供总线主控器和外设或存储器之间的直接连接。例如，这种方法允许DMA传输以全速进行，而不会影响处理器对存储器的访问性能。实际上，在多样化设计要求中最大化处理器效率的能力是LPC55S6x架构的基础。

　　在LPC55S6x架构中，Cortex-M33内核提供多种功能，旨在帮助设计人员更轻松地满足各种设计要求。与同类其他设备一样，LPC55S6x处理器支持多种低功耗模式。在长时间不活动期间，开发人员可以将器件置于掉电模式，这样可以提供完全的SRAM保持，同时仅消耗15.4微安(μA)或深度掉电模式，从而在消耗时保持4千字节SRAM片的功耗约0.59μA。休眠模式和深度睡眠模式关闭处理器，同时为外设和存储器提供不同级别的操作：休眠模式提供完全操作，同时消耗约2.7毫安(mA)，而深度睡眠模式时钟门控外设可降低功耗大约110μA。

　　增强功能

　　除了低功耗模式外，LPC55S6x架构还通过集成功能扩展了对各种设计要求的支持，从而提高了性能和安全性。这些集成功能内置于主要Cortex-M33内核，包括Arm TrustZone安全扩展(SECEXT)，内存保护单元(MPU)，IEEE 754标准浮点单元(FPU)和嵌入式跟踪宏单元(ETM)。此外，主要核心包括用于DSP和单指令多数据(SIMD)操作的CASPER加密引擎和PowerQuad加速器。

　　注意：这些附加功能不包含在双核LPC55S69微控制器中提供的第二个Cortex-M33内核中。

　　这些集成子系统和体系结构功能中的每一个都提供了一组广泛的功能，其详细描述远远超出了本文的范围。例如，PowerQuad DSP加速器本身就是一个复杂的协处理器，能够独立计算信号处理功能，同时作为总线主机访问存储器。

　　在内部，PowerQuad加速器将多个寄存器和接口与一组硬件引擎相结合，用于关键信号处理功能，包括快速傅里叶变换(FFT)，离散余弦变换(DCT)，无限脉冲响应(IIR)，有限脉冲响应(FIR) ，以及用于高效计算三角函数的坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法(图2)。

　　使用PowerQuad加速器，开发人员可以执行复杂的信号处理操作，而不会影响主机处理器响应实时事件或完成一系列扩展操作的能力。主处理器只需使用所需的信号处理功能设置PowerQuad寄存器，并指定源，目标和工作存储区的存储器地址。一旦调用，PowerQuad加速器就作为真正的协处理器运行，使用AHB矩阵作为总线主机执行128位内存传输。同时，主处理器可以立即返回其主要处理任务，定期轮询PowerQuad忙位或仅响应PowerQuad完成中断来访问结果。

　　但是，对于开发人员来说，PowerQuad操作基本上是透明的。开发人员使用Arm Cortex微控制器软件接口标准(CMSIS)DSP库的标准应用程序编程接口(API)。恩智浦支持的PowerQuad支持版本的库包含在恩智浦半导体MCUXpresso软件开发套件(SDK)中，通过调用PowerQuad API取代了软件中实现的低级数学函数。

　　例如，为了计算复杂的FFT，开发人员使用标准的CMSIS-DSP功能，arm_cfft_q31()使用Q格式的数据，它表示32位定点数，一位用于符号，31位用于指数。在纯软件实现中，对arm_cfft_q31()函数的调用依次调用CMSIS DSP FFT蝶形软件函数，arm_radix4_butterfly_q31()以及arm_cfft_radix4by2_q31()用于复数逆FFT的结束函数或其逆版本。

　　但是，在使用NXP DSP库和PowerQuad时，正常的调用会arm_cfft_q31()调用PQ_TransformCFFT()，它会在硬件中处理相同的计算。最终结果不仅降低了Cortex-M33内核的处理负荷，而且还加快了DSP功能的执行速度(图3)。

　　另一个协处理器，CASPER加密引擎，同样使主处理器免于与非对称加密算法相关的繁重计算负荷。CASPER引擎的加密执行Rivest-Shamir-Adleman(RSA)，Diffie-Hellman，椭圆曲线加密(ECC)和椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)，速度比Cortex-M33上运行的等效加密软件快8倍核心。

　　为了加速对称算法的执行，LPC55S6x还集成了高级加密标准256位(AES-256)和安全散列算法2(SHA-2)的硬件模块。

　　这些硬件模块和CASPER引擎的组合为开发人员提供了基于硬件的支持，这些支持通常用于保护连接产品中数据交换所需的身份验证和数据加密。

　　LPC55S6x系列对安全性的支持远远超出了对基本加密算法的支持，以提供全生命周期安全性所需的基于硬件的安全功能。

　　系统开发

　　开发人员可以使用恩智浦LPC55S69 EVK快速探索LPC55S6x微控制器的加密引擎，DSP和通用处理功能。LPC55S69 EVK旨在加速这些器件的开发，包括双核LPC55S69微控制器，恩智浦MMA8652FCR1加速度计，LED，按钮，调试接口，并支持多种扩展选项，包括Arduino UNO，MikroElektronica Click和Digilent PMod 附加硬件。

　　多个跳线和标题使开发人员可以轻松设置不同的硬件配置并仔细检查性能细节(图4)。例如，关注功耗的开发人员可以通过简单地使用电压表测量插头P12处的电压降来测量LPC55S69电源电流。

　　对于开发，设计人员将使用具有MCUXpresso集成开发环境(IDE)和SDK的板，该板使用LPC55S6x专用硬件，例如前面提到的PowerQuad功能。此外，IAR 和Keil IDE 支持LPC55S69-EVK 。此外，恩智浦还提供免费软件包，其中包含示例代码，演示了使用LPC55S6x功能的关键软件设计模式。

　　结论

　　开发人员希望在包括物联网，工业自动化，医疗系统和消费设备在内的广泛应用中实现性能，低功耗和安全性的平衡。如此处所述，LPC55S6x系列微控制器功能强大的通用内核具有专用硬件和处理引擎，为这些开发人员提供了一条路径，可以更轻松地满足高性能专用功能的需求，同时实现功耗。