指紋移動終端多功能微控制芯片的制作方法
【專利摘要】指紋移動終端多功能微控制芯片，其中，微控制單元采取單獨總線取指令和加載/存儲數(shù)據(jù)的哈佛架構，并在微控制單元內(nèi)設置有閃存與緩存，微控制單元上還設置有跟蹤端口、套向量中斷控制器及JTAG調(diào)試端口；時鐘控制單元、復位控制單元、供電管理單元、省電節(jié)能單元及DMA控制器分別與微控制單元連接，定時器單元包括基本定時器、通用定時器與高級定時器，且在微控制單元外圍連接有2個外圍總線，用于串聯(lián)外圍設備。本發(fā)明可實現(xiàn)讀寫訪問處理零等待訪問，因提供外圍總線從而減少因布線而占用過多的空間，每個輸入/輸出引腳具備作為輸出、作為輸入或作為外圍替換的功能，而省電節(jié)能單元有效降低了電能的消耗，且延長了控制芯片的使用壽命。
【專利說明】指紋移動終端多功能微控制芯片

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及移動終端控制【技術領域】，尤其涉及一種指紋移動終端多功能微控制芯片。

【背景技術】
[0002]隨著集成電路與通信技術的發(fā)展，移動通信產(chǎn)業(yè)已走向移動終端信息化時代，移動終端的處理能力已經(jīng)擁有了強大的處理能力，正在從簡單的通話工具變?yōu)榫C合信息處理平臺，這也給移動終端增加了更加寬廣的發(fā)展空間。而信息化時代的一大特征就是個人身份的數(shù)字化和隱性化，如何準確鑒定一個人的身份，同時保護個人的信息安全是當今信息化時代必須解決的一個關鍵性。指紋在所有的生物特征中相對穩(wěn)定，不隨年齡變化而變化，且采集較為便捷，而指紋識別的性價比高，也更適于應用到大眾生活中。
[0003]目前，通過指紋識別個人身份的技術已經(jīng)應用在多種領域中，如考勤、門禁、巡便、出入控制、居民身份證、交通、司法、消費等，為身份驗證提供安全可靠、便捷的技術方案，但是應用于指紋移動終端的控制芯片在進行綜合信息處理時，響應時間慢，需要等待時間以訪問Flash，導致用戶體驗差；并且提供的輸入/輸出端口轉換率低，與外圍接線不夠，在數(shù)模轉換器或模數(shù)轉換器的功能貢獻引腳出現(xiàn)故障時，不能替代功能貢獻引腳，需要更換或廢棄功能貢獻引腳，在一定程度上增加了成本投入；同時控制芯片在移動終端未關閉之前一直處于負荷運轉，而負荷運轉不僅影響著控制芯片的正常使用壽命，也造成了移動終端的供電損耗；此外，控制芯片的系統(tǒng)時鐘不穩(wěn)定導致移動終端關閉一次，重新啟動后需要再次調(diào)整。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所解決的技術問題在于提供一種指紋移動終端多功能微控制芯片，以解決上述【背景技術】中的缺點。
[0005]本發(fā)明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn):
指紋移動終端多功能微控制芯片，包括微控制單元、時鐘控制單元、復位控制單元、供電管理單元、DMA控制器、同步異步接收發(fā)送器、輸入輸出單元、定時器單元、內(nèi)部集成電路、模數(shù)轉換器、數(shù)模轉換器及省電節(jié)能單元；其中，微控制單元采取單獨總線取指令和加載/存儲數(shù)據(jù)的哈佛架構，并在微控制單元內(nèi)設置有閃存與緩存，用于存儲程序和數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)讀寫訪問處理零等待訪問，微控制單元上還設置有跟蹤端口、套向量中斷控制器及JTAG調(diào)試端口 ；時鐘控制單元、復位控制單元、供電管理單元、省電節(jié)能單元及DMA控制器分別與微控制單元連接，定時器單元包括基本定時器、通用定時器與高級定時器，且在微控制單元外圍連接有2個外圍總線，其一個外圍總線上串聯(lián)有同步異步接收發(fā)送器、模數(shù)轉換器、輸入輸出單元、高級定時器、通用定時器及外部事件中斷控制器，另一個外圍總線上串聯(lián)有控制器局域網(wǎng)、串行外圍接口、內(nèi)部集成電路、通用串口總線、基本定時器及數(shù)模轉換器；外圍總線提供豐富增強型I/O端口用于連接外圍設備，從而減少因布線而占用過多的空間。
[0006]時鐘控制單元中，包括內(nèi)部RC振蕩器、外部晶體振蕩器及集成系統(tǒng)時鐘鎖相環(huán)，通過集成系統(tǒng)時鐘鎖相環(huán)實現(xiàn)外部晶體振蕩器的輸入信號與內(nèi)部RC振蕩器的振蕩信號同步，有利于實現(xiàn)控制芯片的正常工作；內(nèi)部RC振蕩器與外部晶體振蕩器有高速和低速兩類。
[0007]復位控制單元中，包括復位系統(tǒng)復位、微控制單元核心復位與外圍IP組件復位。
[0008]供電管理單元中，外接有低電壓檢測器，通過低電壓檢測器檢測比較微控制單元的電壓閾值，以提供產(chǎn)生一個中斷事件是微控制單元為主導的安全警告消息。
[0009]微控制單兀的啟動t旲式包括閃存啟動、系統(tǒng)內(nèi)存啟動及緩存啟動，默認條件下，從閃存啟動的blankl啟動，可有效提高響應時間，直接訪問Flash，提升用戶的體驗效果。
[0010]DMA控制器包括7通道DMA控制器和5通道DMA控制器，其在外圍設備與內(nèi)存之間提供一種傳輸數(shù)據(jù)的硬件方式而不需要微控制單元的干預，可為其他系統(tǒng)功能釋放帶寬，同時DMA通道的請求優(yōu)先級由系統(tǒng)配置和硬件通道號判斷，傳輸?shù)馁Y源大小和目標是獨立、可配置，有利于微控制單元同時處理響應多個事件，減少等候處理的時間。
[0011]同步異步接收發(fā)送器中包括可編程波特率發(fā)生器，可編程波特率發(fā)生器用于將產(chǎn)生的輸入時鐘信號進行分頻，并產(chǎn)生16倍的時鐘來驅動內(nèi)部傳輸邏輯單元，以完成相應功倉泛。
[0012]輸入輸出單元中，設置有多個輸入/輸出引腳，可全部映射在外部中斷向量上，其具備模擬輸入/輸出配置，并在每個輸入/輸出引腳上設置有控制和配置寄存器，為獲得更多的靈活性，每個輸入/輸出引腳具備作為輸出、作為輸入或作為外圍替換的功能。
[0013]定時器單元中包括PWM產(chǎn)生器，且PWM通道為每一個通用定時器和外部觸發(fā)輸入執(zhí)行、輸出比較或輸入獲取提供匹配通道；高級定時器帶有可編程的空載生成輸出匹配，同時高級定時器可用于作三相PWM多路復用6通道，因其有補充的PWM輸出帶有可編程的空載發(fā)生器，6通道可被用作:輸入捕獲、輸出比較、PWM產(chǎn)生及信號脈沖模式輸出；通用定時器的作用包括產(chǎn)生時間、輸入信號脈沖寬度測量或輸出波形產(chǎn)生；基本定時器用作數(shù)模轉換器的觸發(fā)產(chǎn)生器。
[0014]內(nèi)部集成電路包括兩條12C總線，其一條作為串行數(shù)據(jù)線，另一條作為串行時鐘線，在高達400kHz的頻率下，支持主機和從機模式，并提供仲裁功能，支持7位和10位地址模式和通用調(diào)用地址模式。
[0015]模數(shù)轉換器中設置有兩個SAR ADC引擎通道，其一個用于模擬看門狗阻塞檢測需要保持在特定的閾值窗口的通道，另一個管理模擬輸入阻塞可配置的通道，被用在執(zhí)行轉換在單個、持續(xù)性掃描或非持續(xù)模式下以支持更高級的用法，溫度傳感器與ADC輸入通道連接，用于將輸出電壓轉換為數(shù)字值。
[0016]模數(shù)轉換器通過內(nèi)部連接的通用計時器和高級計時器產(chǎn)生事件以觸發(fā)。
[0017]數(shù)模轉換器與DMA控制器連接，其包括兩個獨立輸出通道，輸出通道被通用計時器更新輸出或帶有DMA支持的外部事件中斷控制器觸發(fā)。
[0018]省電節(jié)能單元提供睡眠模式、深度睡眠模式及備用模式三種模式省電，通過運行這三種模式中任意一種即可減少電量消耗。
[0019]在本發(fā)明中，微控制單元還設置有獨立看門狗和窗口看門狗，獨立看門狗定時器包括12位遞減計數(shù)器和一個8位預定標器，它以獨立的40kHz的內(nèi)部RC振蕩器，獨立于主時鐘進行操作，其運行在停止和待機模式；窗口看門狗是以一個7位遞減計數(shù)器為基礎被設置為自由運行狀態(tài)，其時鐘來自主時鐘。
[0020]在本發(fā)明中，定時器單元中還設置有實時時鐘，其作為獨立的定時器，提供一組持續(xù)運行的計數(shù)器，可用于提供時鐘日歷功能、鬧鐘中斷及可預期的中斷，默認配置為從外部晶振以32768kHz的時鐘處產(chǎn)生I秒的時間基礎，在移動終端關閉后，重新啟動無需再次調(diào)整時間。
[0021]有益效果:本發(fā)明中微控制單元采取單獨總線取指令和加載/存儲數(shù)據(jù)的哈佛架構，并在微控制單元內(nèi)設置有閃存與緩存，以實現(xiàn)讀寫訪問處理零等待訪問，同時提供外圍總線用于連接外圍設備，從而減少因布線而占用過多的空間，每個輸入/輸出引腳具備作為輸出、作為輸入或作為外圍替換的功能，而省電節(jié)能單元有效降低了電能的消耗，且延長了控制芯片的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的較佳實施例的結構示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的較佳實施例中輸入輸出引腳的分配圖。
[0024]圖3為本發(fā)明的較佳實施例中內(nèi)存映射圖。
[0025]圖4為本發(fā)明的較佳實施例中時鐘時序圖。
[0026]

【具體實施方式】
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0027]參見圖1的指紋移動終端多功能微控制芯片，微控制單元(MCU)提供高達IMB的片上閃存(Flash memory)和96 KB緩存(SRAM)存儲空間，在108 MHz頻率的速度下零時間等待狀態(tài)訪問Flash ;擁有豐富增強型I/O端口并在外圍連接2個APB總線；同時提供2個12bit模數(shù)轉換器(ADCK ADC2)、2個12Bit數(shù)模轉換器(DACK DAC2)、10個通用定時器(GP TM2?TM5、TM9?TM11、TM12?TM14)、2個基本定時器(BSC TM6?TM7)、兩個高級定時器(ADV TM1、ADVTM8)，以及標準通訊接口:3 個 SP1、2 個 I2C (12C1、12C2)、3 個 USART(USART1 ?USART3)、2 個 IIS 總線(SPI2/12S2、SPI3/12S3)、一個 CAN、一個 2.0 USB 及輸入輸出引腳(GP10A?GP10D)，工作電壓為2.6?3.6 V，溫度為-40。。?+ 85°C，復位控制單元中上電復位(POR)與掉電復位(PDR)為積極狀態(tài)，并提供睡眠模式、深度睡眠模式及備用模式三種模式省電:
睡眠模式
僅關閉了微控制單元時鐘，所有的外圍設備繼續(xù)運行，任何中斷和事件都可喚醒系統(tǒng)；
深度睡眠模式
所有在1.2V區(qū)域的時鐘全部關閉，并關閉所有的聞速晶體振蕩器和鎖相環(huán)，僅保留緩存和寄存器的內(nèi)容，來自外部事件中斷控制器的中斷或者喚醒事件可從深度睡眠模式中喚醒系統(tǒng)，外部事件中斷控制器的中斷或者喚醒事件包括16條外部線、RTC鬧鐘、LVD(Lowvoltage detector，低電壓檢測器)輸出、USB喚醒，當退出深度睡眠模式時，HSI被選為系統(tǒng)時鐘；備用模式
所有在1.2V區(qū)域的時鐘都被關閉，低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)被關閉，并取消所有的HS I, HSE和PLL有四個喚醒源可將喚醒系統(tǒng)，四個喚醒源為來自NRST引腳的外部重啟、RTC鬧鐘、IffDG重啟和WKUP引腳的上升沿。
[0028]在本實施例中，控制芯片包括兩個I2S總線接口，在主機或從機模式的16/32位分辨率下操作，分別與SPI2/12S2和SPI3/12S3進行引腳多路復用，支持從8KHz到192kHz采樣頻率，錯誤率低于0.5%，有效提高指紋移動終端的音頻效果。
[0029]在本實施例中，基本定時器作為數(shù)模轉換器的觸發(fā)產(chǎn)生器。
[0030]參見圖2所示，輸入輸出單元中設置有37個輸入/輸出引腳，命名為ΡΑ0-ΡΑ15、PB0~PB15、PC13~PC15及HXTPD1，其全部映射在16個外部中斷向量(EXTI)上，為獲得更多的靈活性，在每個輸入/輸出引腳上設置有控制和配置寄存器，每個輸入/輸出引腳具備作為輸出、作為輸入或作為外圍替換的功能，可用作數(shù)模轉換器或模數(shù)轉換器替換功能貢獻引腳。
[0031 ] 參見圖3所示，控制芯片的微控制單元、時鐘控制單元、復位控制單元、供電管理單元、DMA控制器、同步異步接收發(fā)送器、輸入輸出單元、定時器單元、內(nèi)部集成電路、模數(shù)轉換器、數(shù)模轉換器及省電節(jié)能單元內(nèi)存map,通過映射可有效提高響應時間，直接訪問Flash，有效提升用戶的體驗效果。
[0032]在本實施例中，控制芯片的電壓超過限定范圍，不能保證設備的正常工作，并且長期在限定范圍外工作會影響期間的壽命和可抗性，建議使用電壓如表1:
表1 電壓表

【權利要求】
1.指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，微控制單元采取單獨總線取指令和加載/存儲數(shù)據(jù)的哈佛架構，并在微控制單元內(nèi)設置有閃存與緩存，用于存儲程序和數(shù)據(jù)，微控制單元上還設置有跟蹤端口、套向量中斷控制器及JTAG調(diào)試端口 ；時鐘控制單元、復位控制單元、供電管理單元、省電節(jié)能單元及DMA控制器分別與微控制單元連接，定時器單元包括基本定時器、通用定時器與高級定時器，且在微控制單元外圍連接有2個外圍總線，其一個外圍總線上串聯(lián)有同步異步接收發(fā)送器、模數(shù)轉換器、輸入輸出單元、高級定時器、通用定時器及外部事件中斷控制器，另一個外圍總線上串聯(lián)有控制器局域網(wǎng)、串行外圍接口、內(nèi)部集成電路、通用串口總線、基本定時器及數(shù)模轉換器。
2.根據(jù)權利要求1所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，時鐘控制單元包括內(nèi)部RC振蕩器、外部晶體振蕩器及集成系統(tǒng)時鐘鎖相環(huán),通過集成系統(tǒng)時鐘鎖相環(huán)實現(xiàn)外部晶體振蕩器的輸入信號與內(nèi)部RC振蕩器的振蕩信號同步。
3.根據(jù)權利要求1所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，復位控制單元中，包括復位系統(tǒng)復位、微控制單元核心復位與外圍IP組件復位。
4.根據(jù)權利要求1所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，供電管理單元中外接有低電壓檢測器。
5.根據(jù)權利要求1所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，DMA控制器包括7通道DMA控制器和5通道DMA控制器。
6.根據(jù)權利要求1所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，輸入輸出單元中，設置有多個輸入/輸出引腳，且全部映射在外部中斷向量上，并在每個輸入/輸出引腳上設置有控制和配置寄存器。
7.根據(jù)權利要求6所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，每個輸入/輸出引腳具備作為輸出、作為輸入或作為外圍替換的功能。
8.根據(jù)權利要求1所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，定時器單元中包括PWM產(chǎn)生器，且PWM通道為每一個通用定時器和外部觸發(fā)輸入執(zhí)行、輸出比較或輸入獲取提供匹配通道；高級定時器帶有可編程的空載生成輸出匹配，同時高級定時器用于作三相PWM多路復用6通道。
9.根據(jù)權利要求1所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，微控制單元還設置有獨立看門狗和窗口看門狗。
10.根據(jù)權利要求1所述的指紋移動終端多功能微控制芯片，其特征在于，定時器單元中還設置有實時時鐘，其作為獨立的定時器，提供一組持續(xù)運行的計數(shù)器。
【文檔編號】G06F21/32GK104077519SQ201410309028
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權日:2014年7月1日
【發(fā)明者】余俊, 易海平 申請人:江西青松沃德生物識別技術有限公司