2015 年 3 月 13 日
作者：Caroline Hayes，高级编辑
在今年于内华达州拉斯维加斯举行的消费类电子产品展览会上，Atmel 推出了一个规划系列中的前四款设备，它们将 ARM® Cortex®-M7 惊人的处理能力与一系列连接性外设融为一体，专门针对工业和汽车应用。
SAM V70、SAM V71、SAM E70 和 SAM S70 利用了 ARM Cortex-M7 的处理能力，提供了一系列的连接选项（见图 1），从而拓展了该公司的 SMART ARM MCU 系列，专门针对工业市场（E70 和 S70）和汽车市场（V70 和 V71）。 ARM Cortex-M7 的指令集包含 DSP 扩展，可单周期执行 16/32 位乘法累加操作及单周期执行双 16 位乘法累加操作，以加速许多算术和 DSP 运算。
在设计中，该公司将互联网连接作为关键因素加以考量。 Atmel 的 MCU 营销总监 Nicolas Schieli 表示：“现在有两个趋势：一是汽车市场中的用户差异化，二是车载音频和视频的互联网连接能力。 [Atmel] 打算借助 Cortex-M7 和外设来加入这一趋势。”
图 1：Atmel 为现有的 SAM MCU 系列增加了基于 Cortex-M7 的通用型 SAM S70、以连接性为重点的 SAM E70 以及符合汽车应用要求的 SAM V70 和 SAM V71。
该公司开发出了适合这些设备的多端口 SRAM，既可将其配置用于创建紧密耦合的接口，也可配置为系统存储器。 Schieli 指出，这是 Atmel 公司一个显著的设计特点；所有其他 MCU 均为固定的内存分配。 利用该可配置的多端口 SRAM，设计者可决定将多少容量用作高速紧密耦合存储器。 此外，它还允许同时（超标量）访问内存，实现单周期操作。 Schieli 表示，没有必要为了访问 SRAM 来减慢系统，这可实现以可预测的延迟通过网络移动对时间敏感的数据。
Atmel 将基于 Cortex-M7 的 MCU 描述成“一个大的飞跃”。“我们认为这些新设备为客户带来的主要价值在于它们基于 Cortex-M7 核心，性能提升明显，易于编程，且拥有最广泛的生态系统。 它使得客户能够使用低功耗的微处理器单元 (MPU)，无论从物料清单还是开发角度看，这都能显著降低整体系统成本”。
图 2：基于 ARM Cortex-M7 的 SAM MPU 的内部架构。
连接特性
除 ARM Cortex-M7 本身集成的浮点单元 (FPU) 外，该 MCU 还包含高速 USB-on-the-Go、片上高速 USB PHY，以及 512K 字节、1M 字节和 2M 字节密度的闪存。 其他外设包括 I²S 和安全数字/多媒体卡 (SD/MMC) 接口、CMOS 摄像头接口、系统控制和模拟接口，以及多达 8 个通用异步接收器/发送器 (UART)。 片上 USB 收发器可直接连接到高速 USB（见图 3）。
Schieli 表示，SAM E70 拥有额外的 10/100M 以太网 MAC 和双 Bosch 控制区网络灵活性数据 (CAN-FD)。该 CAN 数据链接协议接口与 SAM 系列所有设备上都有的模拟接口配合使用，对行业应用和汽车应用意义重大。
SAM V70 和 SAM V71（见图 3）是业界第一款符合汽车行业标准的基于 Cortex-M7 的 MCU；它们在 SAM S70 所有功能的基础上增加了用于车内音频连接的媒体本地总线 (LB) 外设功能。 此外，SAM V71 还具有以太网音频/视频桥接 (AVB) 支持和 CAN-FD 支持。
图 3：SAM V70 和 SAM V71 专为连接车载信息娱乐系统的音频放大器、远程信息处理和头部单元控制而设计。 其配套芯片 SAM V71（见图）还另外具有以太网 AVB 支持。
目标市场 - 汽车
多端口 SRAM 的发展对于顺应两条已明确的趋势都极为重要，一是在汽车市场中实现产品差异化，二是互联网连接。 SRAM 允许用户决定如何以及在何处连接零等待状态内存，以及如何将高速接口用于特定用途。
Cortex-M7 核心支持 Schieli 明确的另一个趋势——以太网 AVB，它为更高带宽的确定性接口提供了路径。
这需要服务质量保证，以免导致音频中断。 该功能不是由软件托管的，而是由媒体访问控制器 (MAC) 自动托管的。 “这样一来，Cortex-M7 就可以空出来执行 DSP 音频处理，而这正是 Cortex-M7 所擅长的。”Schieli 解释道。
以太网连接
SAM V70 和 SAM V71 设备可通过以太网 AVB 接收音频数据包，并调节它们以在 Cortex-M7 处理器上进行音频回放。
为在成本敏感的汽车市场中实现产品差异化，MPU 扮演着重要的角色。 Schieli 说：“客户需要能够划分内存子系统的 MPU。 一旦我们拥有 Cortex-M7 系统架构的灵活性，我们就能够提供多种多样的高效接口以满足不同市场的需要。”
媒体本地总线 (LB) 支持可通过单一总线连接多个处理器，并将媒体 LB 连接至面向媒体的系统传输 (MOST) 设备，以实现车内信息娱乐系统总线的连接。 Schieli 指出，这是媒体 LB 的另一个显著特点，因为它使得每个模块都可通过既有的 MOST 或以太网 AVB 进行连接。 他说，汽车设计人员可以使用这些设备来迁移到以太网 AVB 协议并复用它们，而无需重新设计。
目标市场 —— 工业
Schieli 说，SAM E70 和 SAM S70 提供工业应用中的连接性，具有模拟接口，这在 SAM 系列中很常见，但这对于工业尤为重要。 模拟前端是一个高规格的模数转换器 (ADC)，运行频率为 2Mb/秒，通常用在电机控制应用中。
性能指标
所有四款设备均以 300 MHz 的速度运行，CoreMark 得分达到了 1500，是基于 Cortex-M4 的 SAM 4 系列得分的两倍多。 可配置的 SRAM 较以前版本大，达到了 384kB，足以在无外部存储器的情况下缓冲音频，因而降低了物料清单成本，Schieli 如是说。
路线图和支持
SAM E70 是 Atmel 首个要发布的 Cortex-M7 MPU，已可提供常规样片。 此外，该公司还发布了 ATSAMV71-XULT Xplained 开发套件。
成熟和庞大的 ARM 生态系统还以 IAR 编译器的形式为 Cortex-M7 提供了支持，而且 Atmel 的 Studio 7 也包含对 Cortex-M7 的编译器支持。 以太网 AVB 协议栈现已可用，且适用于 SAM V70 和 SAM V71 的 AutoSAR 软件产品也正在研发之中。
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