高达300MHz的Cortex-M7——Atmel SAM E70 Xplained Evaluation Kit评测

0.引言

2014年9月，ARM公司发布了新一代微型控制器(MCU) ARM Cortex-M7。该控制器也是目前为止M系列微型控制器中性能最强悍，功能最丰富的微控制器。据了解，ARM Cortex-M7的理论极限主频高达400MHz，这一数据已经足以同之前的ARM 7、ARM 9型处理器媲美，而且Cortex-M7的工艺更加先进(支持40nm工艺)，功耗更低，因此这款控制器在需要大计算量的工业场合中使用得越来越多。

目前，各大半导体公司都获得了Cortex-M7的授权，几家大半导体公司也都推出了自家的Cortex-M7的微控制器，如意法半导体公司的STM32F7系列微控制器，NXP公司的Kinetis KV5x系列微控制器以及Atmel公司的SAME70、SAMS70系列微控制器等。就目前来说，NXP公司的Kinetis KV5x系列微控制器最大主频只有240MHz，意法半导体公司的STM32F7最大主频只有216MHz，运行速度都比不上ATSAME70，因此，从运行速度的角度说 ，ATSAME70就是当前性能最强大的ARM Cortex-M系列微控制器。

为了更好地评估ATSAME70这款强大的Cortex-M7微控制器，Atmel公司推出了ATSAME70-XPLD 开发板，下面来看看这款微控制器和开发板有何突出之处吧。

1.开箱

首先来展示一下这块开发板

外盒是一个机器人，这是Atmel公司Xplained系列开发板的一贯风格

盒子背面是开发板的相关信息

外盒里面还有一个牛皮纸盒

牛皮纸里面有几层泡沫，这一点体现了Atmel公司的用心，这样能够很好地保护开发板

这个是用防静电袋子包装的开发板，包装里面还有一条micro-USB转USB type A的线

开发板的近照

背面

这块开发板用的是4层PCB板，电路板面积为83.5mm*105mm。开发板整体布局与其他的Xplained开发板类似。

2.硬件介绍

这一部分将介绍一下开发板的硬件。

首先介绍一下开发板整体的硬件，Atmel SAM E70 Xplained Evaluation Kit板载主要资源如下：

1、处理器：ATSAME70Q21 (144引脚四方扁平式封装技术(LQFP)封装)，基于 ARM Cortex-M7 的处理器

2、ROM：2kbit EEPROM，一个SD卡槽

3、RAM：16Mbit SDRAM

4、10/100兆自适应以太网口

5、板载调试器、下载器

6、ARDUINO DUE R3接口

7、两路Atmel XPRO接口

8、一个target USB接口

9、摄像头接口

10、20针JTAG调试口

从板载资源来看，这块开发板的资源十分丰富，这也反映了ATSAME70Q21这块处理器支持的功能很多。下面具体介绍一下各个部分

1、微控制器ATSAME70Q21。

ATSAME70Q21属于Atmel SAM E70 系列微控制器 (MCU) 。SAM E70是基于带双精度浮点运算单元 (FPU) 的高性能 32 位 ARM Cortex-M7 RISC 处理器。最高运行速度可达 300MHz，具有高达 2048KB 的闪存、16KB 的L1数据缓存以及高达 384KB 的 SRAM。通过 QSPI、静态存储器和 SDRAM 接口提供更多存储器扩展选项。 SAM E70 系列提供了一套丰富的高级连接外设，其中包括支持 IEEE 1588 的 10/100Mbps 以太网 MAC、双 CAN-FD、包含片上高速 Phy 的高速 USB 主机和器件、相机接口、一个 SD/MMC 接口、一个支持 TDM 和 I2S 的 SSC、8 个 UART、5 个 SPI 和 3 个 I2C。SAM E70 MCU 具有一个 FPU 协处理器、高级模拟功能以及全套定时和控制功能。

该MCU的框图如下

该MCU的实物图如下

2、EEPROM芯片AT24MAC402

AT24MAC402同样来自Atmel公司。这款EEPROM基于 I2C总线扩展，该EEPROM有48-位MAC/EUI，同时具有128位独一无二的标识码，这款EEPROM最大读写速度高达1MHz。

3、SDRAM IS42S16100

IS42S16100来自ISSI公司。这款SDRAM提供16 Mb内存空间。这款SDRAM的最大频率为200MHz[!--empirenews.page--]

4、10/100兆以太网芯片KSZ8081RNACA

KSZ8081RNACA来自Microchip公司，该芯片是10/100兆以太网收发器

5、调试模块EDBG

在所有的Atmel公司的评估板或者较为高端的开发板上面都会配备一个EDBG调试器，调试器的核心是一块A06-0736 EDBG芯片

介绍一下EDBG。Atmel公司嵌入式调试器EDBG是一种板载调试器，EDBG允许用户在没有外部调试器的情况下调试目标设备。同时，EDBG也带来了额外的功能，即与PC相连的虚拟串口。

Atmel EDBG在每块开发板上面的具体功能并不是完全相同的，根据每块开发板具体需要会有不同的配置。这一EDBG配置会被Atmel Studio读取从而获取用户正在使用的MCU芯片型号和开发板型号。简单来说，这个EDBG有两大功能，一是下载调试程序，二是存储开发板的相关信息以便被Atmel Studio读取。Atmel Studio的介绍会在下文提及。

6、Atmel SAM E70 Xplained Evaluation Kit主要的扩展接口

SAM E70 Xplained共有三个主要的扩展接口，分别是一路ARDUINO DUE R3扩展接口、两路Atmel XPRO接口、还有一路摄像头接口。

ARDUINO DUE R3扩展接口的引脚定义和所有ARDUINO DUE开发板一样。值得一提的是，ARDUINO DUE R3上面的主控芯片是ATSAM3X8E，这一MCU同样来自Atmel公司，同样是M系列的MCU，而Cortex-M7本身就与Cortex-M3、 Cortex-M4有良好的兼容性，因此能够在Atmel公司Cortex-M3、 Cortex-M4系列开发板上面使用的大部分接口都能够在Cortex-M7开发板上面使用。

Atmel XPRO接口的引脚定义如下图所示，这种接口可以与Atmel公司 XPRO系列子板卡连接，实现更多功能，如WIFI、蓝牙、Zigbee等。不过这类扩展板相对ARDUINO扩展板而言种类比较少，价格比较高，不过在没有XPRO系列子板卡的情况下也可以当作普通I/O口来使用。

 

摄像头接口属于标准工业CMOS摄像头的接口。有两排各15脚，属于低速图像传感器接口。

由上面的硬件介绍可知，这块开发板功能极为丰富，除了少了对于一块液晶显示屏的支持之外，几乎所有功能都具备了。而目前工业的趋势就是高集成度，如果能够在一块单片机上面包含需要的所有功能，那么无疑使大受欢迎的。因此，这块单片机符合未来工业的需求。

3.开发环境搭建

这一部分将介绍一下开发环境Atmel Studio的搭建。简单介绍一下Atmel Studio，Atmel Studio是集成开发平台(IDP)开发和调试Atmel ARM系列的和Atmel AVR系列单片机(MCU)的应用程序。Atmel Studio 7支持所有AVR、Atmel智能单片机，提供了无缝的和易于使用的环境写,构建和调试应用程序用C / c++编写的汇编代码。它还连接无缝连接Atmel调试器和开发工具。

首先，要到Atmel公司的官网下载这个软件的安装包，下载的安装包文件名为

as-installer-7.0.1006-full

然后双击安装

这个界面点击同意，并且要选定安装地址

在这个界面选中需要安装的包，这里选中SMART ARM MCU，如果还有其他需求的也可以全部都装

然后等待安装，安装过程中需要重启几次

安装完以后会进入这个界面，这个是软件启动界面，表示安装成功。

软件启动后进入开始界面

然后用提供的USB线将开发板上面的的DEBUG USB接口与PC机上面的USB接口连接，自动会进入这个界面

这里，软件会自动识别开发板型号，这个自动识别得益于之前提到过的那个EDBG芯片对于开发板信息的保留，开发板连接PC之后，Atmel Studio首先能够与EDBG芯片进行通信，获取开发板信息，并且显示出来。

到这里为止，开发环境的搭建已经完成。这个搭建过程还是相当简单的，下面将介绍一下如何运行一个程序

4.程序演示

首先在运行一个程序之前需要先对开发板上面的EDBG固件进行升级。升级时自动进行的，如图

然后要下载相关的例程包，在Atmel官网上面可以获取相关的例程包。链接会在文末给出

例程包如下图所示

找个文件夹进行解压安装，这个解压出来的就是些例程

下面演示一个测试温度的例程，在例程包中找到例程“afe_temp_sensor”，直接双击打开文件“afe_temp_sensor_7_0.cproj”，进入如下界面[!--empirenews.page--]

点击上方的绿色箭头运行(或者按F5)，然后打开putty，按照如下要求进行设置：

波特率115200

8位数据

无校验位

1位停止位

然后打开串口，串口名可在设备管理器下找到EDBG virtual COM port对应的串口名，如图

对应的串口就是COM 16，打开以后看到如下信息

然后单击”t”就能够获取当前温度值

关于这个温度，由于是用热敏电阻进行测量，本身精确度就不高，而且电路板运行时会有相应发热，因此测得的温度不会很准，目前实际温度在38度左右。 

下面再来演示一个控制LED亮和灭的程序。找到例程getting-started_7_0.cproj，双击打开，然后putty配置同上，打开putty，运行程序，看到如下信息

这里的意思是通过单击键盘上的“1”或者“2”来控制LED灯的亮与灭，但是这块开发板上面只有一个LED灯，因此只有那个“1”是有用的，运行程序会看到putty每出现一次“1”就对应LED灯状态改变一次(由亮到灭，由灭到亮)

5. 第三方开发环境下进行开发

上面主要介绍了如何在Atmel公司官方开发环境Atmel Studio下进行实验演示，这一部分来谈谈如何在第三方环境下进行开发。

ATSAME70-XPLD开发板支持两个第三方工具进行开发，一个是Keil，另外一个是IAR，这里主要说的是如何在Keil下进行开发。IAR的开发方法是类似的。

首先，还是要下载相关的支持文件。一个是例程包，下载地址和Atmel Studio的例程的下载是在同一处，另外一个就是Keil uVision5这个软件对芯片的支持包。

例程包的解压安装路径，使用默认的就可以

然后Keil uVision5的支持包，在上方的Pack Installer那里选中ATSAME70芯片，将相应的支持包安装上，如图

注意，如果之前没有安装CMSIS-DAP仿真器支持的要把下面CMSIS-DAP的几个包也装上。

下面进行一个程序演示，关于看门狗定时器。

简要介绍一下看门狗定时器。Watchdog Timer 中文名看门狗。是一个定时器电路，一般有一个输入，叫喂狗，一个输出到MCU的RST端，MCU正常工作的时候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给 WDT 清零，如果超过规定的时间不喂狗，(一般在程序跑飞时)，WDT 定时超过，就会给出一个复位信号到MCU，使MCU复位. 防止MCU死机. 看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。

这个程序的作用就是在用户按下USER BUTTON时使程序发生死循环，然后使芯片复位。程序在之前解压安装的例程包里面的WDT，打开wdt.uvprojx，进入如下界面

然后进行编译，之后要设置一下仿真选项

仿真器要选中CMSIS-DAP，然后在CMSIS-DAP设置那里应该要看到EDBG的选项

选择仿真，然后点击F5全速执行，打开putty，按照前面的要求进行设置即可，看到如下信息

这里，单击开发板上面的USER BUTTON就会进入死循环，然后就会触发看门狗定时器的复位

在第三方环境下进行开发要比在Atmel Studio下进行稍微麻烦一点，不过对于熟悉keil或者IAR的人来说用熟悉的开发环境更加容易，对于初次使用的人来说开发这块板还是使用官方的开发环境Atmel Studio容易一点。

6.总结

Atmel公司新推出的这类以ARM Cortex-M7作为核心的MCU拥有强大的性能，主频高达300MHz，还有多种外设以满足不同环境的使用要求。而在软件支持方面，利用Atmel公司自家推出的Atmel Studio能够在短时间内建立一个工程。这个软件拥有高集成度，能够自动识别所用的开发板，并且自行添加所需要的外设库文件，使用非常便捷。同样，也提供了兼容第三方IDE工具如Keil 、IAR的软件包支持。由于这块板刚出不久，许多相关的硬件扩展资源比如基于XPRO的扩展模块还在不断完善，相信不久之后这块板的功能会更加丰富。

 

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