Устройство аппаратного шифрования данных с интерфейсом USB (стр. 6 из 12)

1)

;

2) Составим матрицу приведенных параметров:

- если большее значение параметра

соответствует лучшему качеству ИМС, то ;

- если параметр не удовлетворяет этому условию, то

.

;

3) Составим матрицу нормированных параметров A:

, где – максимальное значение j-го параметра.

;

4) Вычислим оценочную функцию

:

;

Т.к.

наименьшее, то AT91SAM7S64 будет оптимальным выбором.

2.1.1.2 Технические характеристики микроконтроллера AT91SAM7S64.

Характеристики микроконтроллера [2]:

· Содержит ядро процессора ARM7TDMI® ARM® Thumb® ;

· Высокопроизводительная 32-разр. RISC-архитектура;

· Обширный набор 16-разр. инструкций;

· Лидер по соотношению производительность/энергопотребление;

· Встроенное ядро внутрисхемной эмуляции с отладочным коммуникационным каналом;

· Внутренняя высокоскоростная флэш-память размером 64 кбайт и организацией 512 страниц по 128 байт в каждой

- Однотактный доступ при частотах до 30 МГц. Упреждающий буфер оптимизирует выполнение Thumb-инструкций при максимальном быстродействии;

- Время программирования страниц: 4 мс, в т.ч. автоматическое стирание страницы; время полного стирания: 10 мс;

- 10,000 циклов записи, 10-летний срок хранения данных, функции защиты секторов, бит защиты флэш-памяти;

- Интерфейс быстрого программирования флэш-памяти для серийного производства;

- 16 кбайт внутреннего высокоскоростного СОЗУ, однотактный доступ при максимальном быстродействии;

· Контроллер памяти (MC)

- Встроенный контроллер флэш-памяти, определение некорректного доступа и формирование статуса ошибки;

· Контроллер сброса (RSTC)

- Состоит из схемы сброса при подаче питания и схемы детектора снижения напряжения питания с откалиброванным в заводских условиях порогом;

- Выполняет обработку внешнего сигнала сброса и формирует информацию об источнике сброса;

· Тактовый генератор (CKGR)

- Маломощный RC-генератор, встроенный генератор частот от 3 до 20 МГц;

- Одна схема ФАПЧ;

· Контроллер управления энергопотреблением (PMC)

- Возможность программной оптимизации энергопотребления, в т.ч. с использованием режимов пониженного быстродействия (Slow Clock), возможно снижение частоты до 500 Гц) и режим холостого хода (Idle);

- Три программируемых внешних тактовых сигнала;

· Усовершенствованный контроллер прерываний (AIC)

- Индивидуальное маскирование, восемь уровней приоритетов, векторизованные источники прерываний;

- Два внешних источника прерывания + один внешний источник прерывания с быстрым реагированием, защита от ложных прерываний;

· Блок отладки (DBGU);

- 2-пров. УАПП + поддержка прерывания по отладочному коммуникационному каналу, программируемое предотвращение доступа со стороны внутрисхемного эмулятора;

· Интервальный таймер (PIT);

- 20-разр. программируемый счетчик + 12 разр. счетчик интервалов;

· Сторожевой таймер (WDT)

- 12-разр. программируемый счетчик с защитой ключом;

- Выполняет сброс или генерирует запрос на прерывание системы;

- Счетчик может быть остановлен, когда процессор находится в состоянии отладки или в режиме холостого хода;

· Таймер реального времени (RTT)

- 32-разр. циклический счетчик с сигнализатором;

- Работает от внутреннего RC-генератора;

· Один контроллер параллельного ввода/вывода (PIOA)

- 42 программируемые линии ввода-вывода, мультиплексированные с двумя встроенными периферийными модулями;

- Возможность генерации прерывания по изменению на входе любой линии ввода-вывода;

- Индивидуально программируемые открытый сток, подтягивающий резистор и синхронизированный выход;

- 11 канальный контроллер периферийных данных (PDC);

- Один полноскоростной контроллер USB 2.0 (12 Мбит/сек), режим устройства;

- Встроенный трансивер, встроенные конфигурируемые буферы FIFO емкостью 328 байт каждый;

- Один синхронный последовательный контроллер (SSC);

- Отдельные синхронизация и сигналы синхронизации кадра у каждого приемника и передатчика;

- Поддержка аналогового интерфейса I2S, поддержка временного уплотнения;

- Возможность высокоскоростной непрерывной передачи потока данных в 32-разр. формате;

· Два универсальных синхронных/асинхронных приемопередатчика (УСАПП)

- Раздельные генераторы скорости связи, инфракрасная модуляция/демодуляция (IrDA);

- Поддержка смарт-карт ISO7816 T0/T1, аппаратное подтверждение связи, поддержка RS485;

- Полный интерфейс модема на УСАПП1;

· Последовательный периферийный интерфейс SPI с режимами ведущий/подчиненный

- Программируемая длина данных от 8 до 16 бит, четыре внешних выхода выбора микросхем;

- Один трехканальный 16-разр. таймер-счетчик (TC);

- Три внешних тактовых входа, две линии универсального ввода-вывода на каждый канал;

- Два ШИМ-генератора, режим захвата и генерации импульсов, возможность реверсирования счета;

- Один четырехканальный 16-разр. ШИМ-контроллер (PWMC);

- Один двухпроводной интерфейс (TWI);

- Работает только в режиме ведущего, поддерживаются все двухпроводные ЭСППЗУ фирмы Atmel;

· Один 8-канальный 10-разр. аналогово-цифровой преобразователь, четыре канала мультиплексированы с линиями цифрового ввода-вывода;

· Граничное сканирование всех цифровых линий в соответствии со стандартом IEEE 1149.1 через интерфейс JTAG;

· Линии ввода-вывода совместимы 5В уровнями и обладают повышенной нагрузочной способностью, до 16 мА каждая;

· Источники питания

- Встроенный стабилизатор напряжения 1,8 В с нагрузочной способностью до 100 мА для питания ядра и внешних компонентов;

- Напряжение питания ввода-вывода VDDIO = 1,8В или 3,3В, отдельное питание флэш-памяти VDDFLASH = 3,3В;

- Напряжение питания ядра VDDCORE = 1,8В (с детектором понижения напряжения);

- Напряжение питании аналоговой схемы VDDANA = 3,3В;

· Статическая работа на частотах до 55 МГц при наихудших условиях работы: напряжение питания 1,65 В, температура 85°С.

2.1.2 Выбор стабилизатора напряжения

Согласно техническому заданию размеры устройства не должны превышать 55х30х15 мм. Из этого следует, что стабилизатор нужно выбирать в миниатюрном корпусе. Немаловажный параметр стабилизатора – падение напряжения на нем. Чем оно меньше - тем лучше. Важным критерием является цена устройства.

На украинском рынке представлены такие стабилизаторы напряжения: LM1117, IRU1117, MC33269.

Выберем один из них по матрице параметров (Таблица 2.2).

Таблица 2.2 – Параметры стабилизаторов напряжения

Стабилизатор	Падение напряжения, В	Макс. размер, мм	Цена, USD
LM1117	1	7	0.9
IRU1117	1.2	7	0.6
MC33269	1	9	0.9
Коэф. важности	0.4	0.4	0.2

1)

;

2) Составим матрицу приведенных параметров:

- если большее значение параметра

соответствует лучшему качеству ИМС, то ;

- если параметр не удовлетворяет этому условию, то

.

;

3) Составим матрицу нормированных параметров A:

,

где

– максимальное значение j-го параметра.

;

4) Вычислим оценочную функцию

:

;

Т.к.

наименьшее, то LM1117 будет оптимальным выбором.

2.2 Описание работы схемы

Питание +5 В и сигнал интерфейса USB поступает с разъема XS1. Резистор R1 подтягивает линию USB D+ на +3,3 В (для автоматического определения скорости устройства хостом). Дроссели L1-L5 используются для подавления высокочастотных помех. Конденсаторы С3, С5, С6 и резисторы R2, R3 представляют собой стандартную схему фильтрации сигналов USB. После фильтров сигнал USB поступает в микроконтроллер AT91SAM7S64 DD1.

Схема питания, генерирующая +3,3 В, собрана на линейном стабилизаторе напряжения LM1117-3.3 DA1, диоде Шотки VD1, предотвращающем обратные токи, и блокировочных конденсаторах С1, С2, С4.

Конденсаторы С7, С9 и резистор R4 это цепочка, необходимая для работы ФАПЧ (PLL) микроконтроллера.

Конденсаторы C12, C13 совместно с кварцевым резонатором ZQ1 представляют собой колебательный контур, задающий частоту генератора, встроенного в микроконтроллер.

C8, C10, C11, C14, С15, С16, С17, С18, С19, С20, С21, С22 – это блокировочные конденсаторы по питанию микроконтроллера.