应用领域：智能家居

方案类型：模块板卡

方案概述

方案名称：智能家居网关

应用领域：智能家居

应用场景：智能家居网关，有多种短距离无线接入模式，适合智能家居运营商采购，也可以给2C家庭用户

交付形式：PCBA + IoT系统

性能参数：

l ARM Cortex M3处理器

l 聚合物锂电池4000mAh

l 支持802.11 b/g/n、WiFi 2.4 GHz、蓝牙低能耗2.4GHz、Lora

l 天线：集成/分立天线，最大增益为2.5dBi

l 1Hz~10Hz可调采样率

l 用户界面：安卓手机客户端，互联网浏览器访问

l 使用TSL协议与AES加密进行通信

方案图片：

【Cortex-M3】

Cortex-M3是一个32位的核，在传统的单片机领域中，有一些不同于通用32位CPU应用的要求。在工控领域，用户要求具有更快的中断速度，Cortex-M3采用了Tail-Chaining中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。

内核架构

ARMCortex-M3采用哈佛结构，并选择了适合于微控制器应用的三级流水线，但增加了分支预测功能。

现代处理器大多采用指令预取和流水线技术，以提高处理器的指令执行速度。流水线处理器在正常执行指令时，如果碰到分支(跳转)指令，由于指令执行的顺序可能会发生变化，指令预取队列和流水线中的部分指令就可能作废，而需要从新的地址重新取指、执行，这样就会使流水线“断流”，处理器性能因此而受到影响。特别是现代C语言程序，经编译器优化生成的目标代码中，分支指令所占的比例可达10-20%，对流水线处理器的影响会的更大。为此，现代高性能流水线处理器中一般都加入了分支预测部件，就是在处理器从存储器预取指令时，当遇到分支(跳转)指令时，能自动预测跳转是否会发生，再从预测的方向进行取指，从而提供给流水线连续的指令流，流水线就可以不断地执行有效指令，保证了其性能的发挥。

ARMCortex-M3内核的预取部件具有分支预测功能，可以预取分支目标地址的指令，使分支延迟减少到一个时钟周期。

针对业界对ARM处理器中断响应的问题，Cortex-M3首次在内核上集成了嵌套向量中断控制器(NVIC)。Cortex-M3的中断延迟只有12个时钟周期(ARM7需要24-42个周期);Cortex-M3还使用尾链技术，使得背靠背(back-to-back)中断的响应只需要6个时钟周期(ARM7需要大于30个周期)。Cortex-M3采用了基于栈的异常模式，使得芯片初始化的封装更为简单。

Cortex-M3加入了类似于8位处理器的内核低功耗模式，支持3种功耗管理模式：通过一条指令立即睡眠;异常/中断退出时睡眠;深度睡眠。使整个芯片的功耗控制更为有效。

特点

高性能

 许多指令都是单周期的——包括乘法相关指令。并且从整体性能上，Cortex-M3比得过绝大多数其它的架构。

 指令总线和数据总线被分开，取值和访内可以并行不悖

 Thumb-2的到来告别了状态切换的旧世代，再也不需要花时间来切换于32位ARM状态和16位Thumb状态之间了。这简化了软件开发和代码维护，使产品面市更快。

 Thumb-2指令集为编程带来了更多的灵活性。许多数据操作现在能用更短的代码搞定，这意味着Cortex-M3的代码密度更高，也就对存储器的需求更少。

 取指都按32位处理。同一周期最多可以取出两条指令，留下了更多的带宽给数据传输。

 Cortex-M3的设计允许单片机高频运行(现代半导体制造技术能保证100MHz以上的速度)。即使在相同的速度下运行，CM3的每指令周期数(CPI)也更低，于是同样的MHz下可以做更多的工作;另一方面，也使同一个应用在CM3上需要更低的主频。

2.11.2 先进的中断处理功能

 内建的嵌套向量中断控制器支持多达240条外部中断输入。向量化的中断功能剧烈地缩短了中断延迟，因为不再需要软件去判断中断源。中断的嵌套也是在硬件水平上实现的，不需要软件代码来实现。

 Cortex-M3在进入异常服务例程时，自动压栈了R0-R3, R12, LR, PSR和PC，并且在返回时自动弹出它们，这多清爽!既加速了中断的响应，也再不需要汇编语言代码了(第8章有详述)。

 NVIC支持对每一路中断设置不同的优先级，使得中断管理极富弹性。最粗线条的实现也至少要支持8级优先级，而且还能动态地被修改。

 优化中断响应还有两招，它们分别是“咬尾中断机制”和“晚到中断机制”。

 有些需要较多周期才能执行完的指令，是可以被中断-继续的——就好比它们是一串指令一样。这些指令包括加载多个寄存器(LDM)，存储多个寄存器(STM)，多个寄存器参与的PUSH，以及多个寄存器参与的POP。

 除非系统被彻底地锁定，NMI(不可屏蔽中断)会在收到请求的第一时间予以响应。对于很多安全-关键(safety-critical)的应用，NMI都是必不不可少的(如化学反应即将失控时的紧急停机)。

低功耗

 Cortex-M3需要的逻辑门数少，所以先天就适合低功耗要求的应用(功率低于0.19mW/MHz)在内核水平上支持节能模式(SLEEPING和SLEEPDEEP位)。通过使用“等待中断指令(WFI)”和“等待事件指令(WFE)”，内核可以进入睡眠模式，并且以不同的方式唤醒。另外，模块的时钟是尽可能地分开供应的，所以在睡眠时可以把CM3的大多数“官能团”给停掉。

 CM3的设计是全静态的、同步的、可综合的。任何低功耗的或是标准的半导体工艺均可放心饮用。

系统特性

 系统支持“位寻址带”操作(8051位寻址机制的“威力大幅加强版”)，字节不变的大端模式，并且支持非对齐的数据访问。

 拥有先进的fault处理机制，支持多种类型的异常和faults，使故障诊断更容易。

 通过引入banked堆栈指针机制，把系统程序使用的堆栈和用户程序使用的堆栈划清界线。如果再配上可选的MPU，处理器就能彻底满足对软件健壮性和可靠性有严格要求的应用。

调试支持

 在支持传统的JTAG基础上，还支持更新更好的串行线调试接口。

 基于CoreSight调试解决方案，使得处理器哪怕是在运行时，也能访问处理器状态和存储器内容。

 内建了对多达6个断点和4个数据观察点的支持。

 可以选配一个ETM，用于指令跟踪。数据的跟踪可以使用DWT

 在调试方面还加入了以下的新特性，包括fault状态寄存器，新的fault异常，以及闪存修补 (patch)操作，使得调试大幅简化。

 可选ITM模块，测试代码可以通过它输出调试信息，而且“拎包即可入住”般地方便使用。

编程模式

Cortex-M3处理器采用ARMv7-M架构，它包括所有的16位Thumb指令集和基本的32位Thumb-2指令集架构，Cortex-M3处理器不能执行ARM指令集。

Thumb-2在Thumb指令集架构(ISA)上进行了大量的改进，它与Thumb相比，具有更高的代码密度并提供16/32位指令的更高性能。

关于工作模式

Cortex-M3处理器支持2种工作模式：线程模式和处理模式。在复位时处理器进入“线程模式”，异常返回时也会进入该模式，特权和用户(非特权)模式代码能够在“线程模式”下运行。

出现异常模式时处理器进入“处理模式”，在处理模式下，所有代码都是特权访问的。

关于工作状态

Cortex-M3处理器有2种工作状态。

Thumb状态：这是16位和32位“半字对齐”的Thumb和Thumb-2指令的执行状态。

调试状态：处理器停止并进行调试，进入该状态。

开发工具

Keil [1] ULINK仿真器

IAR JLink仿真器

对客户来说用什么技术、芯片不是主要的。主要的是能否满足要求。高性价比、开发门槛底、易于使用才是硬道理。Cortex M3从理论上来说是高性价比。但目前已有的芯片的功能太少。Cortex M系列在处理能力基本与ARM7同，主要是成本低，功耗小。

产品构造

synchronous serial 总线

完全可编程的16C550-型 UART

两个独立的模拟比较器

可配置为输出来驱动一个输出引脚，或产生一个中断

可在外部输入引脚或外部输入引脚和内部参考电压之间比较

2到18个GPIO 这取决于用户的配置

在所有的引脚上具有可编程的GPIO中断，可以边沿触发或电平触发

可编程的GPIO 衬垫配置：

弱上拉或下拉电阻

2 mA, 4 mA, and 8 mA 衬垫驱动

8 mA驱动斜率控制

开漏使能

数字输入使能

片内LDO电压调整器

处理器低功率选项：睡眠模式和深度睡眠模式

外设低功率选项：软件控制关闭个别外设

用户使能的LDO 未调整电压检测和自动复位

通过中断或复位方式检测并报告3.3 V 电源电压下降

IEEE 1149.1-1990 兼容的TAP控制器

经过 JTAG 或串行线调试

28脚SOIC

商业或工业级工作温度

LM3S316 比 LM3S101 的增强如下：

25 MHz下工作

8级优先级的24个中断通道

16 kB 的单周期flash存储器，在2 kB块的基础上提供2种形式的flash保护。

4 kB 的单周期SRAM存储器

4 通道 10-bit ADC 250K采样/秒

片内温度传感器

4个专用的电机控制PWM 输出

I2C 主从收发 传输速度100 kbps标准模式 400 kbps高速模式

3到32个GPIO 这取决于用户的配置

48脚SOIC