PSoC Creator简化可编程器件上的软硬件协同设计 协同

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采用嵌入式CPU内核的可编程器件为应对各种设计挑战提供了有效途径，而这些挑战仅仅通过软件或硬件的方法可谓举步维艰，或者说解决成本非常高昂。这些器件结合了能再编程的数字与模拟硬件资源，能提供您切实所需的功能。此外，设计工具能消除与可编程逻辑通常相关的大多数复杂性问题。例如，赛普拉斯半导体公司推出的PSoCCreator就是专为简化上述工作而精心设计的。借助PSoCCreator，用户不必一定要有完美的电路设计，仅需提供相关的设计元素即可，有点像在白板上绘画的感觉。随后，该工具能提供外设模块（即组件）的最佳布局和布线方案，并设置所需的时钟和电源配置，进而为用户优化设计。

下面以采用PSoC Creator进行设计为例，给出了如何在无需软件工程师而成为硬件专家的情况下协助开展软/硬件协同设计。作为一款混合信号器件，PSoC包含集成型数模转换器（DAC），可用于将电压（或电流）输出到引脚或器件的其它部分。大家可将两个组件拖放到原理图上，并通过线路将其连接在一起，从而实现将DAC连接到引脚上。仅需几秒钟即能对组件进行定位，并将其复制到原理图上。

图1：采用PSoCCreator将DAC输出连接到模拟引脚

请注意，DAC没有“输入”，也就是既没有电源线路和Vref输入，也没有繁杂得可怕的总线接口问题，有的只是一个可连线至引脚的统一供电电压源。另外，引脚同样也非常简单。事实上，PSoC引脚能通过各种驱动模式支持令人炫目的GPIO、SIO和模拟功能组合，此外还提供启用和同步等特性。但是，我们在此使用的模拟引脚已针对您的需求将物理引脚配置就绪，因而无需担心如何在不影响DAC信号的情况下安全地关闭有关特性。
让设计人员与潜在混乱的低层实现细节相隔离，这一理念是PSoCCreator设计方案的核心，能帮助设计人员将精力集中在功能设计上。该工具可提供经全面验证的一整套200个组件，其中包括模数转换器（ADC）、DAC和放大器；UART与I2C以及PWM和定时器等，这些与传统原理图捕获工具中的原始IP模块相比，拥有高得多的易用性。在这些组件中，我们将实现细节进行了抽象化，而且设计项目能够确保第一次就无差错。用户可在参数编辑器（即定制器对话框）中选择功能，而工具则决定实现用户要求所需的器件配置。大家所要做的就是，将组件放到页面上，并双击进行定制器选择即可。

下面以UART为例进行说明。这通常是以固件为导向的组件，因而定制器提供的配置选项非常便于工程师开展工作。您要做的不是考虑时钟输入和过采样速率，而是直接考虑需要什么样的波特率，这样工具就能自动创建可为组件提供相应频率的时钟源。

图2：配置UART组件。请注意，选项与功能相关而不是与外设实现相关。

为什么不是所有工具都能采用这种工作原理？作为器件的制造商，我们已经知道如何才能解决这些问题了。为什么要迫使用户来做这些设计工作？设计选择应作为选项提供，而不是成为设计障碍。以硅芯片硬件为核心的设计方法过于低级别，工程师不值得在这上面耗费精力。可编程SoC用户需要比传统工具更高级的设计。在PSoCCreator中，用户可逻辑布局所需的功能，并用工具将此转换为特定的器件配置。用户可直接通过参数来设置外设行为。
带集成型CPU的可编程器件需要获得也集成了软硬件开发任务的工具的支持。以硅芯片为核心的工具的另一个原有问题就是，软件工程师通常不得不使用他们不太喜欢的工具，而且还必须应对原始存储器和寄存器级外设接口等问题。换言之，没有正确的软件工具，可编程SoC只能让硬件设计人员受益，而软件开发团队则比较“倒霉”。在硬件方面，不但工作进展会大幅加速，而且风险也会降到最低，尤其是跟ASIC流程相比更是如此，但确保设计有效实现的压力却被转嫁给了软件开发团队。

图3：PSoC Creator IDE，左侧为工作区资源管理器（WorkspaceExplorer），中间为原理图编辑器，右侧为组件目录。

此外，PSoCCreator还能将工程师从开发自己的SoC功能接口工作中解放出来，让他们能选择集成开发环境（IDE）来进行应用开发。几乎所有的组件都有软件接口（LUT、逻辑门和多路复用器等低级组件例外），这就使得通过C语言代码来驱动外设变得非常简便。我们并非意在提供一系列存储器映射的寄存器再加上晦涩难懂的比特位字段和通常无文档记录的负面效应，而是在C语言API调用中让组件绑定典型功能。要启动定时器运行，用户可调用Timer_1_Start()等API。（您不必猜测如何停止。）通过使用Timer_1_ReadCounter()的返回值即可读取定时器的当前值。一旦熟悉了API的这种风格，您通常就能猜出从未使用过的组件的API名称。如果您没猜对，那么始终可以参考定制器对话框中完整的数据表或右键点击组件查询。

您或许已经注意到以上API示例中的“_1_”。它提示了API在工具中的生成方式。您拖放（或拷贝粘贴）到设计中的每个组件都具有唯一的名称。该名称默认为组件的基础名称，如“UART”，而“_n”作为后缀说明这是相同组件的多个实例之一。用户能根据需求在定制器对话框中更改名称。在上面的例子中，我删除了下划线部分，因为项目中只有一个UART，因而加上这个数字是多余的。如果您按下“创建”按钮或F6键，那么工具会为原理图中的所有组件生成API文件。组件实例名称始终是附在所生成的API上。