LPC MCU 支持工业控制智能化
- DIGITIMES企画
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基于庞大的产业生态与软硬件支持，NXP推出100%聚焦的32位元ARM处理器架构的LPC系列MCU，以低脚位数、低功耗、低成本的系统简化设计，针对像是户外照明设备、工厂自动化、设备HMI人机界面装置、电梯╱升降梯控制、触控应用、智能网格╱电表、户内智能照明等智能工控应用；同时提供完整的开发工具、评估板与软件函式库，加上第三方丰沛的软件开发╱除错工具与社群支持，能协助业者快速的开发各种智能化的工业应用….
台湾恩智浦半导体(NXP)技术行销经理刘俊宏提到，NXP针对工控╱嵌入式应用所推的LPC系列微控制器(MicroController Unit,MCU)，LPC意指低功耗系列(Low Power consumption)；LPC系列MCU是100%专注聚焦于32位元ARM处理器，采用可持续延展的32位元ARM核心架构，享有庞大ARM产业生态所带来的软件╱硬件IP智财的可重复使用╱移植性，形成快速成长的产业生态、社群与技术支持。NXP提供LPCXpresso开发工具，免费的开放源码与第三方厂商的支持；屡获殊荣的创新，带来包含连通性、灵活性、整合度、封装、功耗、安全性与易用性与及长寿命等价值。
ARM过去针对低功耗嵌入式应用推出Cortex M0，2012年底则进一步推出更低功耗的Cortex M0+核心。LPC针对8/16bit MUC替代市场，推出LPC800、LPC1100与LPC1200(Cortex M0)，具备110μAmp/MHz低功耗，采TSSOP、SO与DIP封装；也提供以LPC1100设计的超小WL CSP模块封装(2mm x 2mm)，适合做为主动式连接排线(Active cacble)的应用。
USB部份提供完整市场区段的产品，从低成本LPC1100、LPC1300到LPC1700、LPC1800与LPC4300，可以内建USB驱动程序码于内部ROM，另外也提供免费的软件技术支持。LCD驱动IC部份支持到1024x768分辨率、24bbp色彩，提供完整市场区段的产品，像是高端LPC1700、LPC1800、LPC4300，并提供免费的LCD软件函式库。
对有效能需求的嵌入式应用部份，则推出最快速的180MHz Cortex-M3、204MHz的Cortex-M4微处理器产品，LPC4300则是均采取Coretex-M4加Cortex-M0的一大一小同质双核的独特设计。
当前智能工业(Smart Industrial)的互连示意图中，从户外的路灯╱照明设备、智能电表到建筑物内的电梯等，藉由Intranet与Internet方式，以有线或云端控制方式连接到控制机房，而自动化工厂的机器设备也藉由PLC可程序化逻辑控制闸透过ethernet连接到中控机房；家庭自动化部份，则藉由传感器透过Zigbee来做无线来控制、调光的智能照明。这边的嵌入式应用有：Point-of-sale(POS)装置、PLC控制器、机器上的HMI(Human Machine Interface人机操控装置)、汽车警报器(Car Alarms)等。
针对PLC控制器做HMI应用的LPC178x/1800/4300系列，最高1024x768 LCD显示能力，最高204MHz时脉，具备Ethernet、USB、UART等连接能力，并针对RD提供快速评估发展套件。针对电梯控制的LPC178x/1800搭配7寸LCD显示模块系列，以CAN Bus取代老旧的RS-485界面，并以简单系统架构降低设计与FPGA、BOM表成本。
触控应用部份像是LPC1700系列，支持USB DFU(Device Firmware Upgrade从USB做韧体升级)功能，提供双SPI埠与高效能CPU做数据运算，具备低功耗且通过USB规范认证。针对智能电网╱智能电表(Smart grid/Smart meter)的产品规划上，从EM773/783 Plug meter、LPC122x单相电表(1-ph meters)、LPC122x入门撷取器(Entry-level collectors)、LPC2000/LPC17xx三相电表(3-ph meters)、
LPC18xx/LPC40xx数据撷取器(Data collectors)与LPC43xx/LPC32xx数据集中器(Concentrators)等应用。
智能照明部份，LPC系列提供CFL与LED解决方案，透过开关、触控式电容开关以及无线灯座方式，藉由iPad/iPhone来做灯光控制；另外也提供透过TCP/IP to JenNet的闸道器，以有线联网方式的智能照明解决方案。
LPC系列嵌入式微控制器产品蓝图
刘俊宏讲解NXP LPC系列嵌入式微控制器产品蓝图。NXP的LPC系列为控制器累积了10年ARM核心研发经验，分为低端入门的LPC Go系列，主流应用的LPC Connect系列，高效能的LPC Connect/Turbo以及LPC Command系列，时脉频率从30/50/70/72MHz，100/120/125/180/204MHz，脚位数从最小的8pins到最大的296pins，Flash存储器容量从4KB到最大1MB。
LPC Go有LPC800/1100/1100LV/11E00/131x/210x，采Cortex M0核心架构，频率30/45/50/70/72MHz，具备降低系统功耗与设计成本，取代8/16位元MCU且易于快速导入市场；采12？64脚位数设计，4KB？128KB Flash存储器容量。
他列举其中LPC800系列，再分出LPC800M021FN8、LPC811M001FDH16、LPC812M101FDH16、LPC812M101FD20与LPC812M101FDH20五种型号，采用低功耗Cortex M0+微核心架构，两阶管线(2-stage pipeline)与单周期I/O设计，0.93DMIPS/MHz执行效能。
LPC Connect系列LPC11Uxx/LPC11Cxx/11A00/1200/134x/213x/214x，同样是Cortex M0架构，频率50/60/72MHz具备USB、CAN汇流排控制器或Segment LCD显示器，以及联网能力(Connectivity)；采24？64脚位数设计，16？512KB Flash容量。他列举具备CAN汇流排控制器的LPC11Cxx，有LPC11C12、LPC11C14、LPC11C22、LPC11C24，以及不内建CAN Transceiver的LPC11C1x型号，像LPC11C00搭配LPC1700，可做为在工厂内的机器人手臂的自动化控制(Robotic Automation)的应用。LPC1800、LPC4300透过CAN Bus或RS-485与LPC1700连接，可做为程序化逻辑控制闸（Programmable Logic Controller；PLC）机台的应用。
高效能的LPC ConnectPlus系列有LPC4000/1700/2200/2300/2400，采Cortex M3核心架构，较快的时脉频率50/60/72MHz，提供USB加搭ethernet/LCD/CAN汇流排控制器，采64？208脚位数设计，具备16？512KB Flash存储器容量。他列举像是LPC177x/8x、LPC407x/8x系列搭配LCD显示模块，可以做为机器设备或居家自动化控制的HMI人机界面装置的应用。
LPC大小双核的嵌入式处理器蓝图
LPC ConnectTurbo系列有LPC1800/4300/2900，采用Cortex M4架构，最快的时脉频率组合125/180/204MHz，并提供HS USB、LCD、CAN，搭配Ethernet与DSP指令集加速等最高整合功能选项；提供80？256脚位数及256/512/768KB/1MB Flash存储器容量的多样化设计。可做为无线对讲机、工厂╱实验室测试机台、电子医疗器材、无线网络基站╱基础设施。
他特别介绍LPC43xx系列，有LPC4312/4313/4315/4317/4322/4323/4327/4333/4337/4353/4357等11个型号，全系列采最高204MHz Cortex M4+Cortex M0大小双核设计，具备马达控制所需的磁场导向控制(Field Oriented Control,FOC)电路以及CAN工控汇流排控制器，以高速SPI Flash界面连接串行快闪存储器(Serial Flash)加速韧体码读取执行速度，组态计时器(State configurable Timer)以及Serial GPIO序列化信号线控制等特色。
LPC Command系列，型号有LPC3100与LPC3200，采ARM9微核心架构，时脉频率最高到266MHz；它可以执行高端操作系统如Linux，芯片有144？296 pins脚位数封装选项，储存容量则是内建1MB Flash存储器或外接Flash存储器(Flashless)的设计。
LPC开发工程套件与第三方产品╱社群支持
刘俊宏提到如何针对NXP LPC微控制器进行智能工控的应用开发，首先选择软件开发平台。NXP提供LPCXpresso整合开发环境(IDE)，编译出来的韧体码容量最高到128KB。另外也有像是第三方IDE如Keil/ARM MDK、IAR的Embedded Workbench、Code_Red的Red Suite、Rowley的Crossworks、Atollic的TrueStudio以及其他GNU开放源码的编译器软件。
硬件除错器部份则有NXP的LPCLink(on LPCXpresso工程板)、Segger公司的J-Link、IAR/Signum的I-Jet/JTAGjet、Keil/ARM ULink2、Code Red公司的Red Probe、Hitex公司的Tantino、Lauterbach公司的Trace32等支持。
工程评估板(Evaluation/Development Board)则有NXP的LPCXpresso板，内建LPCLink侦错排线╱套件，结合前面介绍的LPCXpresso整合开发环境(IDE)，提供嵌入式客户最低成本的工程评估╱开发平台。目前LPCXpresso论坛已有超过1,000位会员登录。此外NXP也提供内建LPC1768与LPC11U24 MCU的mbed 快速工程雏型板，目前出货数量超过15,000套。以及内建LPC1800/LPC4300 MCU的NGX Xplorer工程评估板等产品。此外也有Embedded Artists、IAR、Keil/ARM、Code Red、Hitex、Embest、NGX等第三方厂商研发的工程板可供选择。
免费软件函式库部份，NXP提供开放源码、供USB控制的nxpUSBlib函式库，应用于Ethernet网络控制的Free Lightweight IP(LWIP)函式库，以及能提供GUI界面的emWin图形函式库等等。实时操作系统(Real Time Operating System,RTOS)部份，有提供免费下载的FreeRTOS，Micrium公司研发的μC/OSⅡ或μC/OSⅢ，EmCraft公司研发的μCLinux等RTOS的选择。
最后在技术支持部份，NXP设立LPCware.com网站，提供教育训练、软件与驱动程序下载、Schematics工程电路图、开发工具的下载，FAQ以及设计技巧的讨论等信息；在YouTube上的lpczone频道，摆放教育训练影片的剪辑。最后在Yahoo、Twitter、YouTube、facebook等社群网站，以及LPCware、LPCXPRESSO、mbed等专属社群网站等等，也能查找到NXP LPC微处理器的讨论信息。
（本文提供英译版本，请按此连结阅读英译版本内容）
