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數(shù)碼攝像機(jī)用單片微控制器
數(shù)碼攝像機(jī)用單片微控制器
 更新時(shí)間:2008-8-18 9:35:58  點(diǎn)擊數(shù):14
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近幾年來(lái),數(shù)碼攝相機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展速度驚人。例如,在日本攝像機(jī)市場(chǎng)上,銷(xiāo)售的產(chǎn)品已全部都是數(shù)碼攝像機(jī)產(chǎn)品;在全世界的攝像機(jī)市場(chǎng)上,數(shù)碼攝像機(jī)產(chǎn)品和模擬式攝像機(jī)產(chǎn)品的市場(chǎng)份額,已是各占一半。從發(fā)展趨勢(shì)觀察,全球的數(shù)碼攝像機(jī)市場(chǎng)仍有很大的發(fā)展空間。
---現(xiàn)在,世界各國(guó)的電子產(chǎn)品制造商為適應(yīng)不同用戶(hù)需求,開(kāi)發(fā)的數(shù)碼攝像機(jī)產(chǎn)品已開(kāi)始向兩極分化:一是為滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)或高層次用戶(hù)需求,開(kāi)發(fā)多功能且高分辨率(具備很高像素點(diǎn)數(shù))的數(shù)碼攝像機(jī)產(chǎn)品;另外是為適應(yīng)廣大普通用戶(hù)需求,正在加緊開(kāi)發(fā)低價(jià)位的普及型數(shù)碼攝像機(jī)產(chǎn)品。許多廠家實(shí)踐證明,實(shí)現(xiàn)數(shù)碼攝像機(jī)產(chǎn)品低價(jià)位化最有效方法是縮減其構(gòu)成零部件的焊接點(diǎn)數(shù)。因此,以往數(shù)碼攝像機(jī)內(nèi)的多個(gè)微控制器,必需通過(guò)綜合精減成單一微控制器芯片。市場(chǎng)上供應(yīng)的數(shù)碼相機(jī)用單片微控制器產(chǎn)品很多。本文以NEC公司的V850E/SV2型單片微控制器芯片為例,介紹其性能和應(yīng)用。

關(guān)于V850E/SV2
---V850E/SV2型微控制器芯片是面向數(shù)碼攝像機(jī)應(yīng)用的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品ASSP(Application Specific Standard Product)。它是在V850E/SV2型控制器基礎(chǔ)上,通過(guò)綜合分析研制的新產(chǎn)品,把伺服和攝像機(jī)控制功能用單一芯片實(shí)現(xiàn)的微控制器。該單片微控制器的特點(diǎn)有二,其一是器件性能(包括提高時(shí)鐘頻率和強(qiáng)化外圍功能等)改善顯著,再者是內(nèi)置系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)支持功能,便于用戶(hù)使用。V850E/SV2型微控制器采用257引線的FBGA封裝。

芯片性能和應(yīng)用
1.改善CPU處理能力
---V850E/SV2型微控制器采用V850E-CPU,它是32位RISC型CPU機(jī)芯,其最高時(shí)鐘頻率為40.5MHz。該微控制器的CPU通過(guò)基準(zhǔn)測(cè)試程序?qū)崪y(cè)結(jié)果表明,最高處理性能達(dá)到55MIPS(Million Instruction Per Second每秒百萬(wàn)條指令)。然而,NEC用于伺服控制的微控制器V850/SV1僅具備23MIPS(時(shí)鐘頻率為20MHz),約為V850E/SV2的處理能力的一半。V850E/SV2型微控制器和其他公司生產(chǎn)的同樣時(shí)鐘頻率的單片微控制器(40MHz時(shí)鐘頻率,40MIPS處理能力)相比,處理能力高出40%左右。
---在數(shù)碼攝像機(jī)里,考慮到攝像處理的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為13.5MHz,于是設(shè)定微控制器的最高時(shí)鐘頻率為40.5MHz。這樣,只要在V850E/SV2微控制器里內(nèi)置有鎖相環(huán)PLL(Phase Locked Loop)3倍頻電路,可以原封不動(dòng)地利用13.5MHz便可在芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)40.5MHz時(shí)鐘頻率。正是由于這樣的緣故,芯片內(nèi)時(shí)鐘系統(tǒng)工程獲得簡(jiǎn)化,從而可降低系統(tǒng)成本。
2.內(nèi)置快閃EEPROM
---在單片微控制器里內(nèi)置有用2.5V單一電源進(jìn)行電可擦寫(xiě)的可編程序只讀存儲(chǔ)器EEPROM,利用快閃寫(xiě)入程序在電路板上便可實(shí)現(xiàn)寫(xiě)入。而且,利用引導(dǎo)區(qū)域(快閃EEPROM存儲(chǔ)區(qū)域的一部分)里存儲(chǔ)的程序,也支持實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)區(qū)域以外的快閃EEPROM擦寫(xiě)的程序自動(dòng)化。
3.高集成度小型化封裝
---由于微控制器芯片內(nèi)集成有512KB快閃EEPROM/掩模ROM,24KB RAM容量存儲(chǔ)器,因此可以有力地支持?jǐn)?shù)碼攝像機(jī)系統(tǒng)采用C語(yǔ)言、實(shí)時(shí)OS并實(shí)現(xiàn)高功能化。這種高集成度的芯片采用257引線的FBGA(14mm×14mm,引線球間距為0.65mm,厚度為1.13mm)的封裝結(jié)構(gòu)封裝在小型化的芯片規(guī)模封裝CSP(Chip Size Package)里,這種小型化的器件封裝結(jié)構(gòu)大大縮小了數(shù)碼攝像機(jī)設(shè)備的體積。
4.豐富的串行接口
---組合有3線式串行接口,通用異步接收器發(fā)送器UART(Universal Asgnchronous Receiver Transmitter)接口和I2C接口,共利用9個(gè)通道。通過(guò)兼用其他外圍攻功能和端口,可同時(shí)獨(dú)立地使用8個(gè)通道。
---當(dāng)傳送大容量顯示數(shù)據(jù)時(shí),在通常的3線式串行接口里,每傳達(dá)室送完了1字節(jié),產(chǎn)生一次傳送終了中斷請(qǐng)求,導(dǎo)致CPU處理任務(wù)過(guò)重。為此,在3線式串行接口的所在兩通道電設(shè)置發(fā)送/接收用緩沖寄存器(32字節(jié)),使之具備內(nèi)置的自動(dòng)發(fā)送/接收功能,從而減輕CPU負(fù)擔(dān)。
5.伺服控制定時(shí)器
---V850E/SV2型微控制器既然是面向數(shù)碼攝像機(jī)的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,人們不禁要問(wèn)它在數(shù)碼攝像機(jī)系統(tǒng)中發(fā)揮什么樣的作用呢。從圖1所示的數(shù)碼攝像機(jī)系統(tǒng)工程框圖里可以清楚地看到,V850E/SV2型單片微控制器執(zhí)行攝像控制和系統(tǒng)與伺服控制作用。例如,僅就攝像機(jī)的伺服控制而論,在V850E/SV2芯片內(nèi)設(shè)有32位伺服控制用定時(shí)器,它是進(jìn)行伺服控制時(shí)的專(zhuān)用部件。通過(guò)這個(gè)伺服控制定時(shí)器,產(chǎn)生出軟件伺控制用基準(zhǔn)信號(hào),進(jìn)而對(duì)滾筒,帶輥,帶盤(pán)和加載等的各個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制。
6.外部3V接口
---考慮到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC,攝像CCD外圍電路等3V供電系統(tǒng)的外圍IC之間的連接,這同CPU等內(nèi)部電壓2.3~2.7V供電系統(tǒng)有別;于是采用2種電源供電方式,I/O端口和具有24條模擬輸入的A/D變換等的外部接口電壓為2.7~3.6V。
7.降低電力消耗
---掩模ROM電路通常工作時(shí)的VDD電源電流為55mA(典型值),2.5V供電,時(shí)鐘頻率40.5MHz;每單位處理性能的耗費(fèi)電流量為1.0mA/MIPS,堪稱(chēng)是高性能,多功能且低功耗電路。而且,微控制器芯片內(nèi)置的快閃EEPROM是新開(kāi)發(fā)的電路,工作時(shí)VDD的電流為65mA。如今單片微控制器同以往的雙片構(gòu)成的微控制相比,顯著地降低了電力消費(fèi)。

強(qiáng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)支援
(1)片裝調(diào)試功能
--- 對(duì)于單片微控制器,在開(kāi)發(fā)環(huán)境方面除了提供全功能 ICE(In-Cricuit Emulator)之外,還支持片裝調(diào)試(On chip debug)功能。由于有了這種功能,微控制器芯片在安裝到電路板上的狀態(tài)下,通過(guò)JTAG接口端,可同外部PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)卡型的專(zhuān)用仿真器相連接,可進(jìn)行程序調(diào)試和工作狀態(tài)分析。通過(guò)這個(gè)專(zhuān)用仿真器,可擦寫(xiě)微控制器芯片內(nèi)的快閃EEPROM,這和調(diào)試功能組合使用,可實(shí)現(xiàn)高效率程序開(kāi)發(fā)。
(2)邊界掃描功能
---邊界掃描是由IEEE1149.1規(guī)定的信號(hào)測(cè)試方法,具體地說(shuō)它是像按順序掃描器件的輸入 、輸出那樣地進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)輸入、輸出檢查。借助這種方法,可進(jìn)行校驗(yàn)安裝在電路板上的微控制器芯片之間連接狀況。
(3)配備其他開(kāi)發(fā)工具。
(4)作為開(kāi)發(fā)環(huán)境,支持ICE、C編譯程序、調(diào)試、仿真器、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)OS和系統(tǒng)性能分析器等到綜合的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

發(fā)展動(dòng)向
---隨著各種寬帶接入Internet應(yīng)用的普及,人們要求傳送視頻信息的呼聲日益增高。數(shù)字化地波電視廣播取代模擬電視廣播以后,普通百姓對(duì)電視節(jié)目制作的參與積極性也必將與日俱增。于是,普通百姓對(duì)數(shù)碼攝像機(jī)的需求大增,作為數(shù)碼攝像機(jī)的單片微控制器芯片市場(chǎng)將要大發(fā)展。各個(gè)半導(dǎo)體制造商很看重這一市場(chǎng),競(jìng)相開(kāi)發(fā)單片微控制器產(chǎn)品。 作為面向數(shù)碼攝像機(jī)的微控制器,今后不僅要重視伺服/攝像控制功能而且要關(guān)注圖像處理控制功能。

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