Перейти к содержанию

MSP430 с FRAM: семейства FR2xx, FR4xx, FR5xx и FR6xx

В микроконтроллерах MSP430 с буквами FR вместо флеш-памяти стоит FRAM — сегнетоэлектрическая память, которая пишется так же быстро, как читается. Семейств два, и у них разные руководства: FR2xx/FR4xx — простые и дешёвые, FR5xx/FR6xx — с DMA, AES и большей памятью. Сравниваем популярные микросхемы по даташитам TI.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

FRAM — сегнетоэлектрическая энергонезависимая память. По руководству TI SLAU445 она читается и пишется как обычное ОЗУ: побайтно, без стирания и без специальной процедуры записи. В MSP430 с буквами FR в названии FRAM заменяет флеш-память и служит одновременно памятью программ, констант и данных. Ядро и система команд у них те же, что у классических MSP430, — см. архитектуру и систему команд.

Два семейства

MSP430FR2xx, MSP430FR4xxMSP430FR5xx, MSP430FR6xx
Руководство TISLAU445SLAU367
ТактированиеDCO с FLL от генератора REFO 32 кГцDCO на фиксированных заводских частотах, кварцы LFXT и HFXT
Память (из рассмотренных)от 4 КБ FRAM у FR4131 до 64 КБ у FR2476от 32 КБ у FR5967 до 256 КБ у FR5994
Перифериятаймеры, eUSCI, АЦП 10 или 12 бит; у FR4xx — ЖКИDMA, шифрование AES, 12-битный АЦП, защита памяти MPU; у FR6xx — ЖКИ
Для чегонедорогие датчики, замена G2xxсложные батарейные устройства, обработка данных, защита кода

Сравнение микросхем

По даташитам TI, токи — типичные при 3 В:

МикросхемаЧастотаFRAMОЗУАктивный режимLPM4.5Особенности
MSP430FR243316 МГц15,5 КБ4 КБ126 мкА/МГц16 нА10-битный АЦП, корпус VQFN-24
MSP430FR247616 МГц64 КБ8 КБ135 мкА/МГц37 нА12-битный АЦП, переназначение выводов
MSP430FR235524 МГц32 КБ4 КБ142 мкА/МГц42 нАчетыре блока ОУ с ЦАП (Smart Analog Combo), до 105 °C
MSP430FR413316 МГц15,5 КБ2 КБ126 мкА/МГц15 нАдрайвер ЖКИ до 4×36 сегментов
MSP430FR596916 МГц64 КБ2 КБоколо 100 мкА/МГц20 нАDMA, AES, кварц HFXT
MSP430FR599416 МГц256 КБ8 КБ118 мкА/МГц45 нАускоритель LEA для БПФ, шесть каналов DMA
MSP430FR698916 МГц128 КБ2 КБоколо 100 мкА/МГц20 нАЖКИ до 320 сегментов, интерфейс ESI для счётчиков

Объёмы указаны для старших исполнений; у младших — меньше памяти при той же периферии: например, MSP430FR4131 — 4 КБ FRAM и 512 байт ОЗУ, MSP430FR2475 — 32 КБ и 6 КБ.

FRAM и такты ожидания

FRAM медленнее процессора на высоких частотах, поэтому при обращении к ней вставляются такты ожидания. Их число задают битами NWAITS:

МикросхемаБез тактов ожидания1 такт2 такта
MSP430FR2433, MSP430FR5969до 8 МГцдо 16 МГц—
MSP430FR2355до 8 МГцдо 16 МГцдо 24 МГц

По даташитам такты ожидания возникают только при реальном обращении к FRAM — при промахе кэша; ОЗУ и периферия всегда работают без них. Поэтому ток активного режима у FR2433 на 16 МГц — 1000 мкА при попадании в кэш 100 % и 3047 мкА при 0 %. Порядок по SLAU445: при повышении частоты сначала увеличить NWAITS, затем частоту, при понижении — наоборот. Если настройки нарушают требования FRAM, микроконтроллер сбрасывается.

Чтобы программа случайно не испортила FRAM, у FR2xx/FR4xx есть защита от записи, у FR5xx/FR6xx — модуль защиты памяти MPU.

Режимы LPM3.5 и LPM4.5

Кроме обычных LPM0–LPM4, у MSP430 с FRAM есть режимы LPMx.5 — в них отключается основной стабилизатор ядра:

РежимЧто работаетЧто сохраняетсяFR2433: ток при 25 °CFR2433: пробуждение
LPM3ACLK, таймеры, RTCвсё0,98 мкА с VLO10 мкс
LPM3.5только модули на стабилизаторе RTC, например счётчик RTCрезервная память0,73 мкА с кварцем350 мкс
LPM4.5ничегоничего16 нА без супервизора350 мкс с супервизором, 1 мс без него

По SLAU445 пробуждение из LPMx.5 — это полный сброс ядра: программа начинает работу с вектора сброса и должна заново настроить всё устройство. Состояние выводов при этом заблокировано, пока программа не сбросит бит LOCKLPM5. Перед входом данные, которые нужны после пробуждения, сохраняют в FRAM, а сторожевой таймер в режиме сторожа отключают — иначе микроконтроллер в LPMx.5 не войдёт. Поэтому TI советует эти режимы только для долгого сна: при частых пробуждениях выгоднее обычный LPM3 с режимами сна по прерыванию.

Как выбрать

  • Замена MSP430G2553 в простом устройстве — MSP430FR2433: та же частота 16 МГц, 4 КБ ОЗУ вместо 512 байт, FRAM вместо флеш-памяти.
  • Нужен аналоговый тракт без внешних ОУ — MSP430FR2355 с четырьмя блоками ОУ и ЦАП и частотой до 24 МГц.
  • Индикатор на ЖКИ — MSP430FR4133, для больших панелей — MSP430FR6989.
  • Много памяти, DMA, шифрование, обработка сигналов — MSP430FR5969 или MSP430FR5994 с ускорителем LEA.

Все они программируются через тот же двухпроводной интерфейс Spy-Bi-Wire, что и классические MSP430, — подробнее на странице семейства MSP430.

Частые вопросы

Чем MSP430FR2xx отличается от MSP430FR5xx?

Это разные семейства с разными руководствами: FR2xx и FR4xx описаны в SLAU445, FR5xx и FR6xx — в SLAU367. У FR2xx/FR4xx система тактирования с FLL, простая периферия и небольшая память — у FR2476 64 КБ FRAM. У FR5xx/FR6xx DCO на фиксированных заводских частотах, DMA, шифрование AES, модуль защиты памяти, а у FR5994 — 256 КБ FRAM. Ядро и система команд одинаковы.

Что такое LPM3.5 и LPM4.5?

Самые экономичные режимы MSP430 с FRAM. В них отключается основной стабилизатор ядра: по SLAU445 в LPM3.5 работают только модули на отдельном стабилизаторе часов — например, счётчик RTC — и сохраняется резервная память, а в LPM4.5 не работает ничего и память не сохраняется. Пробуждение из этих режимов — это полный сброс ядра, программа стартует заново.

Сколько потребляет MSP430FR2433 во сне?

По даташиту TI при 3 В и 25 °C: LPM3 с генератором VLO — 0,98 мкА, LPM3.5 со счётчиком RTC и кварцем — 0,73 мкА, LPM4.5 без супервизора — 16 нА. В активном режиме — 126 мкА на мегагерц. Пробуждение из LPM3 занимает 10 мкс, из LPM3.5 — 350 мкс.

Почему MSP430 с FRAM на 16 МГц нужен такт ожидания?

Потому что FRAM не успевает за процессором на высокой частоте. У FR2433 и FR5969 без тактов ожидания допустимо до 8 МГц, выше — с одним тактом ожидания до 16 МГц, у FR2355 с двумя — до 24 МГц. Такты задают битами NWAITS, и по SLAU445 их нужно увеличить до повышения частоты: при нарушении микроконтроллер сбрасывается. Обращения к ОЗУ и периферии выполняются без ожидания.

Источники

  1. Texas Instruments. MSP430FR4xx and MSP430FR2xx Family User's Guide (SLAU445I, revised March 2019) — табл. 1-3 — режимы работы, LPM3.5 с сохранением резервной памяти, LPM4.5 без сохранения памяти; разд. 1.4.3 — LPMx.5: отключение основного LDO, полный сброс ядра при пробуждении, порядок входа и выхода, бит LOCKLPM5; разд. 1.9.3 — защита FRAM от записи; разд. 6 — FRAM читается и пишется как SRAM, разд. 6.5 — такты ожидания NWAITS, сброс PUC при нарушении
  2. Texas Instruments. MSP430FR58xx, MSP430FR59xx, and MSP430FR6xx Family User's Guide (SLAU367P, revised April 2020) — руководство семейств FR5xx и FR6xx: модуль тактирования с DCO на фиксированных частотах, такты ожидания FRAM, модуль защиты памяти MPU
  3. Texas Instruments. MSP430FR2433 Mixed-Signal Microcontroller (SLASE59F, revised December 2019) — разд. 1 — 16 МГц, 126 мкА/МГц, LPM3.5 730 нА, LPM4.5 16 нА, 15,5 КБ FRAM и 4 КБ ОЗУ, 10-битный АЦП; разд. 5.3 — до 8 МГц без тактов ожидания и до 16 МГц с одним; табл. 5.4, 5.7, 5.8 — токи активного режима и LPM3, LPM4, LPMx.5; табл. 5-3 — время пробуждения: LPM3 и LPM4 — 10 мкс, LPM3.5 — 350 мкс
  4. Texas Instruments. MSP430FR235x, MSP430FR215x Mixed-Signal Microcontrollers (SLASEC4D, revised December 2019) — до 24 МГц с двумя тактами ожидания, −40…105 °C, 142 мкА/МГц, 32 КБ FRAM, 4 КБ ОЗУ, 12-битный АЦП, четыре блока Smart Analog Combo с ОУ и ЦАП, два компаратора, библиотеки в ПЗУ 20 КБ
  5. Texas Instruments. MSP430FR247x Mixed-Signal Microcontrollers (SLASEO7C, revised September 2021) — 16 МГц, 135 мкА/МГц, LPM3.5 660 нА, LPM4.5 37 нА без SVS, 64 КБ FRAM и 8 КБ ОЗУ, 12-битный АЦП
  6. Texas Instruments. MSP430FR413x Mixed-Signal Microcontrollers (SLAS865F, revised December 2021) — 16 МГц, 126 мкА/МГц, LPM4.5 15 нА, 15,5 КБ FRAM, 2 КБ ОЗУ, драйвер ЖКИ до 4×36 или 8×32 сегментов с накачкой заряда для работы в LPM3.5
  7. Texas Instruments. MSP430FR596x, MSP430FR594x Mixed-Signal Microcontrollers (SLAS704G, revised August 2018) — около 100 мкА/МГц, LPM3 с VLO 0,4 мкА, LPM3.5 0,25 мкА, LPM4.5 0,02 мкА; 64 КБ FRAM, 2 КБ ОЗУ; запись 125 нс на слово; DMA, AES, 12-битный АЦП; до 8 МГц без тактов ожидания и до 16 МГц с одним
  8. Texas Instruments. MSP430FR599x, MSP430FR596x Mixed-Signal Microcontrollers (SLASE54D, revised January 2021) — до 256 КБ FRAM и 8 КБ ОЗУ, 118 мкА/МГц, LPM3 500 нА, LPM3.5 350 нА, LPM4.5 45 нА; ускоритель LEA для обработки сигналов у FR599x; DMA, AES
  9. Texas Instruments. MSP430FR698x, MSP430FR598x Mixed-Signal Microcontrollers (SLAS789D, revised August 2018) — до 128 КБ FRAM, 2 КБ ОЗУ, драйвер ЖКИ до 320 сегментов, интерфейс ESI для счётчиков воды, тепла и газа, AES, DMA

Нашли ошибку?

Смотрите также