一文读懂恩智浦MCX A系列: 面向嵌入式创新的通用MCU

MCX微控制器组合的设计理念是将恩智浦热门器件的精华与新创功能相结合，推动下一代智能边缘设备的发展。MCX A系列在这个产品组合中扮演着重要角色，是通用芯片的首选。

MCX A系列简化了供电电路，适用于需要强大输入输出 (IO) 能力、有业界领先低功耗、多样化连接选项以及更小器件封装的应用。简而言之，MCX A系列让设计人员能够在保持简单PCB设计和系统BOM低成本的同时，获得丰富的功能。

它的应用范围广泛，包括:

工业通信

智能计量

电机控制/电力电子

自动化与控制

传感器

低功耗/电池供电设备

全面解读MCX A 系列通用微控制器的优势特性，

MCX A核平台

A133/143/153系列是MCX A系列的入门级产品，有相同的架构和外设，运行频率为48MHz和96MHz。

A133/143/153系列芯片针对那些需要高性价比32位架构，同时又要保留高阶性能相关特性，比如DMA, 加速执行的代码/数据缓存和受ECC保护的内存。

A133/143/153系列芯片采用Arm Cortex-M33基准配置，提供多种封装选项，包括10 x 10mm的LQFP64、7 x 7mm的HVQFN48和5 x 5mm的HVQFN32。

A133/143/153系列的最高配置版本配备128KB闪存，而A142/A152版则提供64KB闪存选项，以满足更具成本效益的应用需求。所有型号还有相同的外设，这大大简化了软件开发工作。

不同封装类型芯片的IO和引脚完全兼容，这种设计便于产品升级和迁移，使设计人员能够在成本、闪存空间和时钟速度之间灵活权衡。多达8个引脚能够提供20mA的大电流驱动能力，还有额外两个引脚可以耐受5V的电压输入。

MCX A系列采用无电容LDO电源架构，工作电压范围为1.71V至3.6V。MCX A133/143/153电源架构的一大亮点是其卓越的能效：

在内部闪存执行While(1)的运行工作模式下为53μA/M Hz (3V@25°C)。

深度睡眠模式下为20.28μA，唤醒时间为7.4μs。

掉电模式下为6.5μA，唤醒时间为17.1μs，且保留所有SRAM内容。

深度掉电模式下仅为394nA，唤醒时间为2.36ms。

MCX A133/143/153系统框图

对于需要更大指令存储器、RAM、更多IO数量以及CAN FD功能的应用，MCX A146/156系列是更进一步的选择。A146/156系列保留了A133/143/153的许多核心特性，同时显著增加了闪存容量、内部RAM以及CAN FD功能。

A146/156系列基于Cortex-M33核进行了一些其他显著升级，包括添加了全精度浮点运算单元 (FPU) 和SIMD/DSP指令。SIMD/DSP指令的引入能为需要实时控制和数字滤波的应用带来重大性能提升。例如，具备DSP/SIMD功能的Cortex-M33 核拥有强大的SMLAL指令，能够执行32位x32位有符号乘法并进行64位累加。这个高效指令可以成为高精度滤波器和控制算法的核心。

A146/156系列的内存子系统扩展至最高1MB闪存和128KB RAM。它还增强了interwetten与威廉的赔率体系 功能，新增了一个ADC、12位DAC和内置运算放大器。电机控制子系统也得到了扩展，增加了一个额外的PWM单元、正交解码和与/或非逻辑操作模块。

A146/156系列提供更高引脚数的封装选项，在保持小巧外形的同时提供更多物理IO：

LQFP100：14 x 14 x 1.4mm，0.5mm间距

LFBGA64：5 x 5 x 1.2mm，0.5mm间距

VFBGA112：7 x 7 x 0.86mm，0.5mm间距

功能更加丰富，A146/156系列仍保持卓越的低功耗性能：

运行模式下功耗为64μA/MHz (从闪存执行while(1)， 3.3V@25°C)

深度睡眠模式功耗为32.26μA，唤醒时间为7.1μs (3.3V@25°C)

掉电模式功耗为8.2μA，唤醒时间为16.6μs (保留RAM X0/X1和RAM A0，3.3V@25°C)

深度掉电模式功耗为412nA，唤醒时间为1.44ms (禁用唤醒定时器，启用复位引脚，所有SRAM关闭，3.3V@25°C)

MCX A146/156框图

高性能、坚固耐用的内存子系统

MCX A系列的内存架构专为要求严苛的工业边缘应用场景设计，具有两个值得关注的特性，特别适合成本敏感的设备。

第一个特性是低功耗缓存控制器 (LPCAC)。LPCAC是一个小巧但高效的4KB缓存控制器，连接到Cortex-M33的代码总线。使用LPCAC，存储在闪存中的数据和指令可以以更低延迟提供给CPU。这样一来，其他外设 (如DMA) 的总线可用性得到了提升，因为处理器性能不再与系统内存性能挂钩。如果不需要缓存，则4KB的LPCAC存储器可重新用作指令存储器。关键代码和中断矢量可以放置在该区域中，用于时间关键的算法和控制循环。

8KB的SRAM扇区具有错误校正 (SRAM ECC) 能力是MCX A内存架构的第二个值得关注特性。错误报告模块 (ERM) 和错误注入模块 (EIM) 是与SRAM ECC相关的两个外设。这些工具可用于测试和诊断运行时内存错误。ERM通过专用寄存器和中断标记与ECC和奇偶校验相关的错误事件。EIM可以通过编程方式触发ECC/奇偶校验系统中的错误，从而实现强大的自我诊断能力。

标准外设配备精密互连和DMA加速

MCX A系列包含了嵌入式工程师在通用芯片中所期望的标准外设阵列。MCX A系列中每个芯片都配备了标准UART、SPI、 I2C和定时器子系统，为传统IO应用场景奠定了基础。

MCX A外设的一个重要特点是它们可以通过输入多路复用模块 (INPUTMUX) 在芯片内部实现信号互连。INPUTMUX机制提供了极大的灵活性，允许在芯片内部外设之间自由地互联触发信号和标志。

MCX A的大部分外设都有触发信号和输入标志，这些都可以由INPUTMUX提供源信号。同样，INPUTMUX的输入可以来自外部引脚、外设输出/事件标志或其他内部信号。这种互联灵活性极大地扩展了用户在外设之间的创意组合能力，可以以最小的CPU干预实现自动化操作。

与/或非逻辑操作模块 (AOI) 是与INPUTMUX密切相关的另一个“系统内联”外设。AOI模块是一个简单的多通道可编程逻辑单元。每个AOI通道都有A、B、C和D四个输入，以及一个相关的事件输出。事件输出的操作可以根据这四个输入通过软件配置。AOI通道的输入和输出分布在内部MCX A外设以及INPUTMUX中。有了这两个外设，可以使用组合逻辑在不同 外设之间合成复杂的系统内联操作。

所有MCX A系列都配备了功能强大的增强型直接内存访问 (eDMA) 控制器。eDMA能够处理所有典型的DMA应用场景，包括内存到内存、内存到外设以及外设到内存的数据传输。

eDMA系统拥有8个通道，其触发源分布在整个内部系统中，使几乎所有内部外设之间的数据传输都可以自动化。

eDMA系统

全速USB设备控制器

MCX A系列集成了带有内置PHY的全速USB设备 (USBFS) 控制器。添加USB功能进一步确立了MCX A作为多用途芯片的地位，实现了与PC和其他智能设备的低成本、通用连接。

MCX A中USB设备控制器的一个重要特性是它可以在无外部晶振的情况下运行。USBFS子系统可以配置为使用快速内部参考时钟 (FIRC) 生成48MHz时钟。这个时钟可以利用传入的USB主机SOF信号动态调整。

USB时钟恢复功能不仅有助于降低BOM成本，还适用于空间受限的应用场景。USFS还有一些其他有助于整体系统设计的显著特性，包括：

最多16个双向端点，支持复杂的复合设备应用场景。

采用DMA传输，减少CPU开销。

通过USBCTRL寄存器中的DPDM_LANE_REVERSE位实现USB通道/信号反转，使PCB设计人员能够翻转D+/D-连接，简化PCB布线。

具备将内部LPUART Tx/Rx信号转到USB D+/D-线的能力，在UART引脚不可用时为调试场景提供便利。

全速USB设备控制器

本文摘自恩智浦《MCX A系列: 面向嵌入式创新的通用MCU》威廉希尔官方网站 白皮书，全面介绍MCX A系列的优势特性。白皮书的其他章节内容如下：

灵活的启动ROM与USB支持

MCX A的USB应用场景和软件示例

开源USB协议栈替代方案

模拟、模拟电机控制和工业连接

工业物联网边缘赋能——CAN FD

MCX A系列与MIPI I3C：I2C的全新进化

MCUXpresso开发者体验带来的软件开发工具与便利性

使用FRDM开发板进行快速原型设计

好东西，小封装

MCX A是MCX产品组合的重要组成部分，面向电机控制、传感和相关工业应用，同时具有USB、MIPI I3C、FlexIO和精密电机控制子系统等独特的外设。

MCX A系列将在2024年及以后进行扩展，包括包含更多闪存、RAM和在封装中保留引脚兼容性的新系列和型号。

本文作者

Eli Hughes是恩智浦专业支持工程师，为客户提供恩智浦微控制器和应用处理器系列硬件设计和固件方面的支持。除了支持工作，他还创作了一些威廉希尔官方网站 内容，展示了恩智浦产品在实际真实场景中的应用。他借鉴了自己在宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室的过往经验，在那里他参与了嵌入式系统、传感器、机器人、水下航行器和空间科学等领域的研究和开发。他也曾在宾夕法尼亚州立大学的电气工程系教授过微控制器、FPGA和电路理论等课程。在业余时间，Eli喜欢弹吉他和玩木工。