BF50x處理器助力工程師輕松實現嵌入式信號處理

2009年9月18日，敏銳的國內媒體記者在秋季國際集成電路展的一個展臺上發現了當時尚未正式發布的BF50x信息——業界領先的匯聚式處理器Blackfin家族新成員，并對該處理器在電機控制等應用的獨特優勢進行了簡單介紹分析。然而，其后長達四個月并無任何相關信息發布，該處理器的獨具特色的優化設計和功能特性吊足了工業控制應用工程師的胃口。在整整四個月后的2010年1月18日，ADI官方正式向全球發布了這款新產品，全面揭開了BF50x的“神秘”面紗。

Blackfin處理器自推出以來因為其獨特的MCU+DSP的匯聚式架構而受到業界廣泛關注，并得到大量應用，無論是汽車電子、工業控制、醫療設備還是消費電子產品領域，無處不見Blackfin的蹤跡。高成本和技術門檻曾經讓很多企業對于使用DSP處理器心存疑慮，而Blackfin匯聚式處理器的獨特架構、性能優勢以及全面的技術支持很大程度上克服這個問題，特別是ADI近年來不斷推出了更多針對特定應用領域進行優化設計的Blackfin處理器系列，在性能特性得到更強優化的同時，大幅度地降低了產品的價格（BF50x萬片批量的最低報價低至4.5美元，獨立評估機構BDTI按照對定點處理器的每美元速度比（speed-per-dollar ratio）評估，BF50x的BDTIsimMark2000/$得分高達498，遠超同類競爭性器件）。

BDTI對BF50x的BDTIsimMark2000/$測試分析得分高達498
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BF50x獨特的功能特性組合
BF50x以通常150MHz~200MHz處理器的價格提供高達400MHz的性能，將高性能數字信號處理能力擴展到更廣泛的應用中，包括之前采用高端微控制器的那些應用。這種性能裕量使得設計工程師能實現更強的系統功能，利用更多的復雜算法實現更高的精度，以及實現優化系統界面和控制功能的更高靈活性。設計工程師還可以使用更先進的軟件工具和庫來生成代碼，這有助于進一步縮短開發周期，加速產品上市。

BF50x具有可實現更復雜的算法以及更高精度和更低功耗的控制能力，從而可實現更精密的控制（如運動控制）、更高功效 (如功耗更低)、可靠性(如更高的電能質量）和強大功能(如電力線通信)。與同類競爭性產品相比，BF50x片上內置的以下特性大大增強了該處理器的競爭優勢：更大的L1 SRAM和可執行并行閃存，對于超過 64 KB的代碼/數據規模，BF504F的 4MB可執行閃存能省去外部 SDRAM，相比競爭產品可進一步節省成本；業界最高的12位精度ADC可以解決很多客戶在采用其他競爭產品時所遇到的精度問題；400MHz的時鐘速度使BF50x比同樣價格水平的競爭產品具有更高的處理器性能；具有針對CAN的外設支持，以及脈沖波形調制和移動存儲選項，如SD、e/MMC、CE-ATA；等等。本文將對其中的三相PWM單元、內置ADC和ACM的特性進行簡要介紹。

BF50x優化的系統集成
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1. 三相PWM單元
BF50x內置的每個PWM模塊都集成了一個靈活可編程的三相PWM波形發生器，通過編程設置以產生針對 交流感應電機(ACIM)或者永磁同步 電機(PMSM)控制所需要的開關模式來驅動三相電壓源逆變器。此外，PWM模塊還包含可以大大簡化電子換向電機（ECM）或無刷直流電機控制所需的PWM開關模式的產生。通過軟件設計可以實現針對開關磁阻電機(SRM)的一種獨特模式。

BF50x的兩個片上三相PWM單元具有以下特性：真正的16位分辨率；可編程PWM脈寬；單/雙刷新模式；可編程死區時間（dead time）和開關頻率；二進制補碼實現，允許在全開和全關狀態之間平滑轉換；可以將PWM信號發生與內部或外部產生的同步脈沖進行同步；針對BDCM電機的獨特設置（交迭和輸出使能功能）；廣泛的各種特殊開關磁阻運行模式；輸出極性與時鐘選通控制；專用異步PWM關斷信號。

每個PWM單元的6個PWM輸出信號由三個高端（high-side）驅動信號(PWMx_AH、PWMx_BH和PWMx_CH)和三個低端驅動信號組成(PWMx_AL、PWMx_BL和PWMx_CL)。所產生的PWM信號的極性可以通過軟件編程進行設置，因此既可以產生高有效的PWM波形，也可以產生低有效的PWM波形。

2. 真正的12位精度的ADC及ACM模塊
BF506F利用了ADI公司在ADC器件上的全球領先技術優勢，內置的ADC為高速低功耗逐次逼近型ADC，實現了真正的業界最高12位精度，吞吐率高達2MSPS。BF506F包含兩個ADC，每個ADC前置一個三通道復用器，以及一個低噪聲寬帶寬的跟蹤保持放大器（可以處理超過30MHz的輸入信號頻率）。

BF50x還首次在Blackfin處理器系列中引入了新的外設——ADC控制模塊（ACM），它提供了同步ADC采樣與外部事件的一種低開銷、精確的方法。ACM允許靈活調度采樣實例，并向ADC提供精確的采樣信號。ACM負責同步ADC轉換過程，產生ADC控制、ADC轉換開始信號以及其他信號。ADC的實際數據采集由SPORT外設執行，所有的內部ADC信號都被連接到封裝引腳以在混合信號應用中獲得最大的靈活性。

針對工業應用優化的Blackfin處理器
工業應用的突出特點是密集的信號處理需求，而這是Blackfin系列處理器的優勢所在。Blackfin系列由于結合了DSP和MCU的功能，它允許同一顆處理器能同時進行復雜的控制和算法處理，這對于機器人、供電控制等復雜的工業應用來說是一個巨大的優勢。

BF50x作為ADI面向工業應用優化設計的最新款Blackfin處理器，其高性能讓工程師能開發出更高性能的工業控制和自動化應用系統，包括逆變器控制、不間斷電源（UPS）和電機控制以及計量和高級感應應用（電能計量、流量計量等）。BF50x的性能裕量使得工程師可以在先進的系統建模中實現先進的理論和算法，從而實現任何實時系統的最優化的功效和控制效率。

1.電機控制應用
BF50x處理器的卓越性能和特性使電機控制系統設計工程師能實現執行更復雜的算法，確保適應系統行為的實時變化，從而獲得平穩的運行性能，并降低功耗。利用無傳感器的矢量控制可以實現更高的電機控制效率，利用先進的建模方法可以準確地確定電機位置和/或者速度。設計工程師可以不用位置/速度傳感器，從而系統的尺寸更小，降低成本并實現更大的系統可靠性。BF50x 集成的12位ADC提供了準確對電機狀態進行建模所需要的準確數據轉換，從而可以準確估計電機的準確位置/速度。

基于BF50x的電機控制系統硬件功能框圖。
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2. UPS應用
BF50x處理器的優化設計確保能實現UPS系統的準確、無波動的電源控制，提供對負載變化準確分析、負載瞬時改變以及失載事件進行準確預測。BF50x所內置的3相PWM單元可以實現先進的電源切換，因而UPS系統能動態地對各種負載條件下的非線性負載做出動態響應。同時，BF50x處理器本身還具有控制功能，可以實現啟動/關斷控制和電壓調整。

基于BF50x處理器的UPS應用功能框圖
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3.?可再生能源逆變器應用
在將太陽能發電和風能發電的電能接入到商業電網中或者提供給本地電網時，BF50x處理器是執行復雜算法使逆變器能將可變的直流輸出轉換成“干凈”的電流和穩壓源的理想之選。BF50x在設計中針對可再生能源應用和智能電網應用進行過優化，其強大的處理能力可以確保實現非常高效率的能量轉換和傳輸，能實現先進的能源切換控制功能，并支持反孤島技術以及最大功率點跟蹤功能。

BF50x用于可再生能源系統
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友好的設計生態系統讓您無后顧之憂
BF50x處理器繼承了Blackfin處理器的獨特架構優勢，并針對工業應用進行了諸多功能和性能優化設計。然而，作為復雜的工業應用系統優秀的解決方案而言，硬件平臺本身的性能和特性僅是一個方面，能否提供全面的設計技術支持也十分關鍵，這其中包括評估工具、設計工具、仿真平臺、軟件模塊等。

ADI針對BF50x系列新推出了低成本的EZ-KIT Lite評估套件，包括ADI VisualDSP++集成開發和調試環境（IDDE）。此外，ADI還在中國全面上市最新款超低價、高性能Blackfin仿真器ADZS-ICE-100B，該仿真器度身為使用Blackfin的客戶定制，使其幫助客戶實現更理想的高性能、低成本的目標。除了低至150美元的震撼價格，ADZS-ICE-100B的諸多創新功能也為JTAG仿真器帶來更高性能、使用便捷性的全新體念。

加強第三方合作伙伴的技術生態系統建設是ADI的一貫策略，而BF50x系列在關鍵技術開發合作方面更具前瞻性。從2008年8月份開始，ADI就與上海交通大學合作，基于BF548、FPGA、ADC等核心器件仿真設計完整的BF50x電機控制系統的硬件參考平臺和軟件，目前可以提供針對馬達控制應用的軟硬件參考設計及相關文檔，可以大大加快馬達控制系統設計進程。此外，ADI還與以下業界領先企業就BF50x的開發應用建立了廣泛合作：提供專注于工業平臺設計服務的Schmid Engineering公司；Boston Engineering公司，該公司在硬件、軟件和機械設計方面擁有專業經驗，專注于工業和醫療應用，是電機控制參考設計的領先價值提供商；Advanced Energy Conversion公司在電力電子方面擁有專業經驗，是替代換能源逆變器參考設計的領先價值提供商；Mathworks公司基于MATLAB? 和Simulink?的嵌入式系統開發和驗證，提供針對Blackfin的Embedded IDE Link? 和Target Support Package?自動化項目開發工具。針對BF50x處理器應用的廣泛技術支持生態系統將幫助客戶縮短實現工業控制系統開發的時間，并降低整體系統實現成本。