STA2064：高度集成的信息娛樂應(yīng)用處理器

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，高性能、低功耗且功能豐富的處理器是推動各類應(yīng)用發(fā)展的核心力量。STA2064作為一款高度集成的SOC應(yīng)用處理器，融合了主機功能與高性能嵌入式GPS，為車輛主機、移動導(dǎo)航、遠程信息處理、信息娛樂、高級音頻和連接系統(tǒng)等應(yīng)用提供了強大的支持。下面我們就來詳細(xì)了解一下這款處理器。

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一、STA2064概述

STA2064是一款高度集成的SOC應(yīng)用處理器，將主機功能與高性能嵌入式GPS相結(jié)合。它主要面向車輛主機、移動導(dǎo)航（PND）、遠程信息處理、信息娛樂、高級音頻和連接系統(tǒng)等應(yīng)用，為構(gòu)建經(jīng)濟高效的解決方案提供了所有必要元素。

二、系統(tǒng)描述

1. MCU

采用ARM1176 - JZF高級RISC機器CPU，最高可達533 MHz（在Vdd大于或等于1.20 V且在工藝和溫度最壞情況下）。這種高性能的CPU能夠滿足復(fù)雜應(yīng)用的處理需求，比如車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中的地圖渲染、路徑規(guī)劃等任務(wù)。

2. 嵌入式內(nèi)存

嵌入式SRAM（eSRAM）為8K x 32（32 KB），可以為系統(tǒng)提供快速的數(shù)據(jù)存儲和讀取，有助于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

3. 系統(tǒng)功能

• 系統(tǒng)和復(fù)位控制器（SRC）：為子系統(tǒng)外部的時鐘生成組件提供控制接口，同時控制全系統(tǒng)和外設(shè)特定的能源管理功能。這使得系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的工作狀態(tài)合理分配能源，提高能源利用效率。
• PMU：電源管理模塊控制從SLEEP到DEEP - SLEEP模式的轉(zhuǎn)換，控制Vdd和Vddio上的外部電壓開關(guān)，監(jiān)控外部電源供應(yīng)，可強制SDRAM進入自刷新狀態(tài)，并控制從DEEP - SLEEP模式喚醒。通過精確的電源管理，能夠有效降低系統(tǒng)功耗。
• DMA：支持直接內(nèi)存訪問，可與DMA外設(shè)配合使用。FIFO填充/清空請求可由DMA控制器立即處理，無需CPU干預(yù)，還支持外設(shè)到外設(shè)和內(nèi)存到內(nèi)存的DMA。STA2064具有兩個DMA引擎，每個DMA支持多達8個通道和多達32個請求，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。
• Vectored interrupt controller（VIC）：允許OS中斷處理程序快速響應(yīng)外設(shè)中斷，調(diào)度中斷服務(wù)程序，提高系統(tǒng)的實時響應(yīng)能力。
• GPIOs：四個GPIO端口提供65個可編程輸入或輸出，可通過APB總線接口的軟件模式或硬件控制接口的硬件模式進行控制，方便與外部設(shè)備進行交互。
• Real - time clock（RTC）：提供一秒分辨率的時鐘，在系統(tǒng)不活動時保持時間，并可在達到編程的“鬧鐘”時間時喚醒系統(tǒng)。它還具有時鐘微調(diào)功能，以補償32.768 kHz晶體的漂移。
• Real - time timer（RTT）：可以關(guān)閉時鐘，在深度睡眠期間減少always_on域的消耗，默認(rèn)情況下時鐘是啟用的。
• Always_ON supply：“AlwaysON”域保留兩個獨立的電源，一個用于核心邏輯（(V{DDON})），一個用于IO（(VIOON)）。在正常操作期間，(V{DDON})電源等于(V{DD})，但為了達到最低功耗，在設(shè)備處于深度睡眠時可配置低至1.0 ±10%V。
• Enhanced function timer（EFT）：STA2064具有4個16位EFT，每個EFT定時器都有一個16位自由運行計數(shù)器和7位預(yù)分頻器，最多具有兩個輸入捕獲/輸出比較功能、一個脈沖計數(shù)器功能和一個具有可選頻率的PWM通道。
• Watchdog timer（WDT）：用于在軟件故障時觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4. 內(nèi)存接口

• SD/MMC：具有兩個SD/SDIO/MMC接口，一個最高支持8位數(shù)據(jù)，另一個最高支持4位數(shù)據(jù)，最高頻率可達52 MHz。支持多種時鐘配置，并且符合MMC 4.4、SD 2.0/Part 1 - Physical Layer和SD 2.0/Part E1 - SDIO Specification等標(biāo)準(zhǔn)，方便與外部存儲設(shè)備連接。
• DDR - SDRAM控制器：設(shè)計用于支持每個芯片選擇高達1Gbit（或單個芯片選擇高達2 Gbit）的LP DDR - SDRAM和DDR2。內(nèi)存數(shù)據(jù)總線在軟件控制下可為16或32位寬，同樣的配置也適用于DDR2類型的內(nèi)存，每個芯片選擇有兩個16位設(shè)備。

5. 音頻/視頻功能

• C3：由CD - ROM解碼器塊和數(shù)據(jù)過濾塊組成，負(fù)責(zé)執(zhí)行扇區(qū)解擾和糾錯，支持從SPDIF或內(nèi)存空間獲取輸入數(shù)據(jù)，并將輸出數(shù)據(jù)返回內(nèi)存，支持DMA請求。
• Sample rate converter（SaRaC）：提供全數(shù)字立體聲異步采樣率轉(zhuǎn)換，使用自動數(shù)字比率鎖定環(huán)。具有高達20位輸入和22位輸出采樣大小、DMA優(yōu)化的16位立體聲采樣接口，支持多種輸入和輸出采樣率，還可內(nèi)部生成輸入采樣率用于壓縮音頻解碼。
• JPEG解碼器：執(zhí)行基線DCT順序解碼，最高可達16Mpix/sec，支持JPEG壓縮縮略圖，滿足圖像解碼需求。
• Smart graphic accelerator（SGA）：提供高效的2D和3D原始繪圖工具，降低像素處理的MIPS和功耗。
• Color LCD controller（CLCD）：驅(qū)動LCD面板，支持單面板或雙面板彩色和單色STN顯示器以及彩色TFT或HR - TFT顯示器，具有多種分辨率和顏色格式，還提供幀調(diào)制功能以增強顏色顯示。

6. 通信接口

• USB：嵌入一個USB2.0 OTG高速接口，支持480 Mbit/s的高速信號速率、12 Mbit/s的全速信號速率，支持會話請求協(xié)議（SRP）和主機協(xié)商協(xié)議（HNP），最多有7個雙向端點加控制端點0，最大FIFO尺寸為8192字節(jié)，支持動態(tài)FIFO分配。為降低系統(tǒng)成本，配備內(nèi)置USB 2.0 PHY，還支持USB D - 線和D + 線的復(fù)用功能。
• UART：具有四個Autobaud UART，其中一個提供所有調(diào)制解調(diào)器控制/狀態(tài)信號，是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16C550 UART的增強版本。
• I2C：三個I2C接口，支持I2C標(biāo)準(zhǔn)修訂版2.1（2000年1月）的物理和數(shù)據(jù)鏈路層，I2C總線是一種2線串行總線，提供IC之間的低成本互連。
• MSP：三個多通道串行端口（MSP），是同步接收和發(fā)送串行接口。
• SSP：兩個SSP，最高可達24Mbit/sec，用于與外部外設(shè)進行同步串行通信，支持SPI、MicroWire、T.I.和單向協(xié)議，可編程字長可達32位。
• SPDIF：以SPDIF為輸入，提取SPDIF幀格式中加密的數(shù)據(jù)和其他通道信息，數(shù)據(jù)可通過DMA支持傳輸?shù)絻?nèi)存或直接到C3解碼器，無需CPU干預(yù)，支持多達2X數(shù)據(jù)流。
• AC97控制器：使SOC能夠使用SOC AMBA互連控制外部AC97編解碼器，通過專用音頻DMA引擎減少SOC處理器對音頻數(shù)據(jù)的處理，支持AC97修訂版2.3兼容的音頻編解碼器，外部接口支持一個具有6個輸出（其中3個可為雙速率音頻）和3個輸入通道的外部AC97編解碼器。
• CAN：一個CAN模塊，符合CAN規(guī)范V2.0 part B（active），比特率可編程高達1 MBaud，適用于汽車應(yīng)用中的通信。

7. 特定功能

• GPS：集成HPGPSG2，ST的專有GPS IP，是第二代高靈敏度基帶。完全符合GPS和Galileo L1/E1信號規(guī)范，針對困難環(huán)境中的采集和跟蹤進行了優(yōu)化?；鶐碜云渑涮?a target="_blank">RF芯片STA5630的4MHz IF的3位信號，將其下變頻到基帶并饋送到采集引擎（最多同時處理8顆衛(wèi)星）和跟蹤通道（最多同時處理32顆衛(wèi)星）。高度并行的相關(guān)器在時間和頻率域中識別每個衛(wèi)星信號，結(jié)果傳遞給跟蹤通道，跟蹤通道進行微調(diào)鎖定并持續(xù)跟蹤，為ARM CPU提供軌道數(shù)據(jù)和定時測量。硬件操作和復(fù)雜條件的管理由ST提供的完整GPS軟件庫完成，該庫還處理測量數(shù)據(jù)以維護衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫并計算用戶的位置、速度和時間（PVT）解決方案。PVT解決方案和其他有用數(shù)據(jù)通過ST GPS庫中的API提供給用戶應(yīng)用程序，該庫運行在免版稅的實時內(nèi)核（OS20）上，也可移植到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)。在獨立模式下，輸出以標(biāo)準(zhǔn)NMEA消息格式生成。軟件庫還提供支持ST Self - Trained Assisted GPS（ST - AGPS）的選項，這是一種完整且可擴展的解決方案，在無網(wǎng)絡(luò)時通過自主星歷預(yù)測輔助GPS啟動，有網(wǎng)絡(luò)時簡單下載并在接下來的7天進行預(yù)測。GPS子系統(tǒng)基于ARM966處理器，由兩個時鐘驅(qū)動：MCLK（ARM966 CPU時鐘）和RFCLK（(16 f{0})或(32 f_{0})，來自RF芯片）。MCLK由PLL2時鐘通過3到16的除數(shù)得出，當(dāng)PLL2運行在624 MHz時，ARM966工作頻率在208到39 MHz之間；當(dāng)PLL2運行在432 MHz時，除數(shù)為2到16，工作頻率在216到27 MHz之間。GPS基帶時鐘由MCLK時鐘通過子系統(tǒng)內(nèi)部的1、2、3或4的除數(shù)得出，RFCLK是從RF前端芯片接收的時鐘。
• Touchscreen controller/ADC：嵌入一個4線觸摸屏控制器，具有活動窗口剪輯、運動跟蹤功能，用于觸摸屏?xí)r具有12位SAR ADC分辨率（帶平均），測量過采樣從2到8，最多128個坐標(biāo)FIFO，可編程FIFO閾值，ADC最小轉(zhuǎn)換時間為1 μs，還能支持4個額外的模擬輸入用于輔助功能，如電池電壓監(jiān)測和附件控制。ADC也可用于外部模擬信號的轉(zhuǎn)換，此時分辨率為10位。
• Multisupply IO ring：具有多電壓IO，能夠支持1.8V、2.5V或3.3V接口。分為A、B、C、E等環(huán)，默認(rèn)電壓在復(fù)位時分別為：A環(huán)1.8V、B環(huán)1.8V、C環(huán)1.8V、E環(huán)3.3V?！癆lways ON”環(huán)保持分離，由(V_{IOON})供電。
• Driving strength and slew rate programmability：IO驅(qū)動強度可針對SD/MMC0、SD/MMC1、LCD、DRAM等接口進行編程，擺率也可針對部分接口進行控制，用戶可以根據(jù)實際需求進行靈活調(diào)整。

三、系統(tǒng)特性介紹

1. 電源區(qū)域劃分

STA2064有三個主要電源區(qū)域：

• (V_{dd_on})：為RTC、PMU、SRC和備份RAM供電，即使設(shè)備處于DEEP - SLEEP模式也通常保持供電，該區(qū)域的靜態(tài)功耗在最壞情況下低于20uA。
• (V{dd})：為整個芯片（除IO外）供電，在極低功耗狀態(tài)下不施加該電壓。施加時，(V{ddon})和(V{dd})電壓相同，兩者之間允許最大10%的變化。
• (V{ddio})：專門用于IO的電源區(qū)域，IO分為七個組，每組可獨立供電。部分組在電源電壓范圍方面有特定約束，以滿足特定電氣特性和標(biāo)準(zhǔn)要求。還有一組稱為(V{ddioon})的IO，即使在STA2064的最低功耗狀態(tài)下也必須始終供電，以實現(xiàn)喚醒功能，其他五個區(qū)域（也稱為(V{ddiox})）在該狀態(tài)下可不供電。

2. 頻率區(qū)域劃分

STA2064設(shè)計有兩個PLL。PLL1為ARM核心和內(nèi)部總線生成時鐘頻率，PLL2為每個外設(shè)內(nèi)核和外設(shè)接口生成時鐘頻率。每個外設(shè)在其內(nèi)部接口接收來自PLL1的時鐘，然后使用來自PLL2的時鐘工作。盡管使用了兩個PLL，但只需要一個系統(tǒng)時鐘輸入或一個外部晶體（除RTC時鐘（或晶體）外）。

3. 頻率和功率范圍

核心電壓范圍為1.25 ±4 %V，IO電壓范圍為1.8 ±10 %V、2.5 ± 10 %V和3.3 ± 10 %V。文檔中給出了一些STA2064在NORMAL模式下的使用案例，展示了不同的核心頻率、總線頻率、DDR頻率和同步/異步配置。同時，STA2064嵌入了完整的GPS子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)在頻率方面有特定約束，以保證目標(biāo)GPS規(guī)格。在最低功耗狀態(tài)下，僅(V_{dd_on})供電，目標(biāo)電流消耗為20 μA，此時時鐘停止運行，電流泄漏主要來自備份內(nèi)存。

4. 電源狀態(tài)

定義了多種電源狀態(tài)：

• OFF：(V_{ddon})和(V{dd})均不施加，備份RAM中的所有數(shù)據(jù)丟失，SDRAM中無數(shù)據(jù)保留。
• NORMAL：每個外設(shè)以其標(biāo)稱速度運行，可關(guān)閉所有未使用的外設(shè)（外設(shè)內(nèi)核時鐘門控）。
• SLOW：PLL1旁路，ARM和總線以晶體時鐘運行，PLL2以其標(biāo)稱速度運行，PLL1可選擇進入掉電狀態(tài)。
• DOZE：類似于SLOW模式，ARM以19 MHz或32 kHz運行。
• STANDBY：PLL以其標(biāo)稱速度運行，時鐘門控，ARM處于WFI（等待中斷）狀態(tài)。
• DEEP - SLEEP：(V{dd})斷電，(V{ddon})供電（RTC、少量GPIOs、備份RAM），時鐘為32 kHz，可實現(xiàn)喚醒。上下文保存在外部SDRAM的自刷新模式中，只有(V{ddio_on})區(qū)域必須供電。
• SLEEP：類似于DEEP - SLEEP模式，不同之處在于(V{dd})和(V{ddio})也施加，所有PLL關(guān)閉（PLL2可選）。
• BACKUP：類似于DEEP - SLEEP，不同之處在于上下文不保存到外部SDRAM。從BACKUP狀態(tài)進入任何電源狀態(tài)時，ARM核心在電源復(fù)位釋放后2ms執(zhí)行第一條代碼指令。

5. 系統(tǒng)喚醒和掉電

通常使用STA2064的系統(tǒng)即使在用戶使用主電源開關(guān)關(guān)閉設(shè)備時也不會完全斷電，主電源開關(guān)將設(shè)備置于Backup或DEEP - SLEEP模式。在這種狀態(tài)下，STA2064中僅RTC、PMU、PWL、SRC和備份RAM供電，系統(tǒng)級僅(V_{dd_on})供電。喚醒方法有兩種：用戶按下設(shè)備上的按鈕使所有主電源啟動，經(jīng)過適當(dāng)延遲后，處理器復(fù)位線抬起，代碼開始執(zhí)行；內(nèi)部鬧鐘功能觸發(fā)專用信號，使所有主電源啟動，經(jīng)過適當(dāng)延遲后，處理器復(fù)位線抬起，代碼開始執(zhí)行。在DEEP - SLEEP和BACKUP狀態(tài)下，一些專用IO線必須供電，如POR、POWEREN、VDDOK、BATOK、WAKE、32 kHz晶體和OSC32KOUT。為了在DEEP - SLEEP狀態(tài)下使外部DRAM保持自刷新，需要一個外部下拉電阻來保持DRAM的CKE低電平。

6. IO組

(V{ddio})分為(V{ddioon})、(V{ddiox})（分為(V{ddioA})、(V{ddioB})、(V{ddioC})、(V{ddioD})、(V{ddioE})）和(VUSB)（USB 2.0 PHY收發(fā)器）。不同的IO組有不同的供電引腳和功能，并且在電壓設(shè)置方面有一定的規(guī)則，例如當(dāng)(V{ddio})域A以2.5V供電時，其他(V{ddio})域（B、D、E）應(yīng)使用相同電壓，而(V{ddio})域C和(V_{ddio_coreon})始終以1.8V供電。

四、封裝信息

ST為了滿足環(huán)境要求，提供不同等級的ECOPACK?封裝的STA2064設(shè)備。該處理器采用TFBGA289（15x15x1.2mm）封裝，具有特定的機械數(shù)據(jù)和尺寸，引腳間距為0.8mm。

五、總結(jié)

STA2064以其豐富的功能、高性能的處理能力和靈活的電源管理，為車輛主機、移動導(dǎo)航等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強大的支持。電子工程師在設(shè)計相關(guān)系統(tǒng)時，可以充分利用其各項特性，開發(fā)出更加高效、穩(wěn)定的產(chǎn)品。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似處理器的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。