内容介绍

一、项目介绍

使用PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch Evaluation Kit套件，额外搭配两颗4引脚共阴极RGB LED，使用3路PWM+1路定时器控制GPIO，实现以高扫描频率和高刷新率，同时控制两个LED显示不同颜色。

二、硬件介绍

　　PIC32系列是基于32位RISC架构的高性能微控制器家族，以其出色的处理能力、丰富的外设集成以及高指令密度而闻名，广泛应用于工业自动化、物联网、医疗设备、人机图形界面和音频处理等诸多领域。PIC32系列最初的架构核心源自美国微芯科技公司（Microchip）。早年Microchip以其经典的8位（PIC16/PIC18）和16位（dsPIC/PIC24）微控制器闻名于业界。2007年，为了进军高性能32位市场，Microchip正式推出了基于MIPS公司的MIPS32 M4K架构的PIC32MX系列。2016年，Microchip斥资收购了其主要竞争对手之一：Atmel。后者的代表产品包括AVR（含AVR32）和SAM系列，AVR系列涵盖了8位机及准16位机，且拥有非常开放的生态环境，Arduino最初的产品就基于AVR系列打造，而SAM系列则基于ARM指令集，主攻32位，且对安全功能有要求的场景。收购完成后，Microchip推出了融合两家公司产品技术的新系列：基于ARM指令集的新PIC32。本次使用的PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch Evaluation Kit板载的PIC32CM5164LS00048芯片就是其中一员。

　　PIC32CM LS系列是Microchip在完成与Atmel的技术融合后推出的代表性低功耗、高安全性子系列，其中的CM代表Cortex-M内核，而LS则代表Low Power & Security（低功耗与安全）。本系列在保持较低BOM成本的情况下，仍然提供了较大的Flash与SRAM空间，且支持ARM TrustZone技术，可以在片内建立两片独立的区域，只保留有限的代码用于夸区域调用，将敏感数据与一般数据隔离开，与安全启动一同为实现便于审计的高级安全功能提供硬件基础。另外，其还搭载了Microchip独特的外设事件系统，允许外设之间在无需CPU干预的情况下直接进行异步通信，从而降低功耗并提高响应实时性。

　　PIC32CM5164LS00048搭载工作频率可达48MHz的Cortex-M23内核，并如前所述内置硬件TrustZone安全架构，且支持安全启动。片上具有512KB Flash、16KB独立Data Flash与64KB SRAM，支持以256字节为粒度自由分配安全区与非安全区的容量。另外还提供3个基本计时器、4个高级计时器、6个通用串行协议控制器SERCOM（可配置为SPI、USART或I2C）等外设。

　　PIC32CM LS00 Curiosity Nano+ Touch Evaluation Kit套件在PIC32CM5164LS00048最小系统的基础上额外添加了调试器，可以方便地使用USB线缆直接进行开发和调试工作。另外，两侧的IO引出排针也设计成了免焊接的错位引脚排列模式，以便用户快速上手。

三、系统架构

　　使用C语言编程，通过ARM官方规范CMSIS以及Microchip开发的PLIB外设库操作外设，控制定时器产生3路频率相同、占空比不同的PWM信号，并连接到两颗RGB LED三个颜色的阳极。另外再控制一个定时器，并分配两个GPIO，分别连接到两颗LED的阴极，用于控制当前扫描状态。此外，也充分利用了板载按钮，用于在按下时暂停扫描动作，以观察LED的扫描过程。

四、软件架构

　　由于主控芯片是ARM架构，且支持TrustZone，因此需要配置两个独立的工程，分别对应安全区域与非安全区域运行的应用。本次实验没有对Bootloader的需求，因此没有开发单独的Bootloader应用，CPU启动后会直接执行安全应用。本次实验的逻辑均在非安全应用中实现，因此安全应用在完成一些初始化操作后就会直接陷入非安全态，启动非安全应用。

　　非安全应用启动后，首先初始化串口SERCOM3、系统计时器SysTick、GPIO、定时器TCC0、TC0与TC1，并设置GPIO初始状态。而后进入主循环，监听并响应串口发来的调试命令。定时器TCC0负责产生100kHz左右的3路PWM信号，控制LED三个颜色的亮度。定时器TC0负责闪烁板载橙色LED指示灯，并循环切换RGB LED要显示的颜色。定时器TC1负责以10kHz的频率切换两个RGB LED共阴极的选中状态，并确保切换时的时间空隙（死区），以免两个LED出现同时发光或发出不正确颜色的光等问题。

五、硬件连接

　　TCC0的3路输出WO0、WO1和WO2分别对应PA8、PA9、PA10引脚。分配PA11、PA12分别作为两颗RGB LED的共阴极驱动引脚。板载LED、SERCOM3串口均已预先连接好。最后使用Micro USB数据线连接电脑与板载调试器接口。注意板子两端各有一个Micro USB接口，分别对应调试器与PIC32CM5164LS00048的USB外设，接错会无法调试、烧录程序，但对测试运行没有影响。

六、软件代码和结构

　　Microchip为旗下产品提供了MPLAB集成开发环境（2011年左右更新为MPLAB X），但最近几年开始逐步迁移到VSCode平台，作为MPLAB扩展提供开发功能。安装MPLAB X时也会先提示了解VSCode方案。本次实验使用VSCode+MPLAB扩展进行开发。

　　MPLAB（包括X或VSCode扩展）均不包含编译器。PIC32CM系列可选XC32编译器或ARM-GCC编译器（当然也可以选择其他厂家例如MDK或IAR等的编译器产品）。XC32对个人用户免费，免费版本不支持代码优化，只能开启-O0编译选项，但可以申请60天的免费试用。

　　Microchip产品使用MCC配置外设状态并生成相关代码，以及管理板级支持包（CMSIS、PLIB、Harmony等）。MCC提供了图形化界面以配置各种外设。一般会配合MPLAB（包括X或VSCode扩展）使用。

　　压缩包中，gen目录下的test1和test2文件夹是MPLAB工程，用于进行安全应用和非安全应用的编译工作。main目录是主要工作区，其中的ws.code-workspace文件是VSCode工作区配置文件，用于持久化保存工作区。main\mcc1目录包含了MCC配置文件，其中main\mcc1\mcc.mcc\mcc\目录下的文件是MCC存储的外设配置数据和其他相关数据，例如定时器、引脚分配、安全与非安全内存划分，以及工程生成选项等等。main\mcc1\mcc.mcc\secure目录包含安全应用的代码。由于安全应用下没有实现额外的逻辑，因此其仅预留文件夹结构，用于MCC生成初始化代码。与之对应的main\mcc1\mcc.mcc\non_secure目录包含本次实验的主要逻辑，均位于main\mcc1\mcc.mcc\non_secure\src\main.c中。其余头文件、板级支持文件和外设库文件等等均由MCC填充。

　　工程编译方法如下：

安装VSCode，可选手动安装XC32编译器（也可以让VSCode MPLAB扩展自动安装，不过可能比较慢），安装VSCode MPLAB扩展。
解压zip文件到一个文件夹。
进入解压文件夹下的main目录，使用VSCode打开ws.code-workspace工作区配置。
此工作区包含三个目录。由于MPLAB扩展的BUG，MCC配置必须与Secure项目和Non-Secure项目分开，不能共用一个目录，否则编译时ninja会将两个工程的文件混在一起。
打开工作区后，确保MPLAB扩展已启用。此时，如果没有安装XC32编译器，扩展应该会先提示安装。如果已经提前安装好编译器，但扩展仍提示未找到，可以使用Ctrl+Shift+P执行MPLAB: Add toolchain命令手动输入编译器路径。
接下来需要使用MCC，从配置文件生成整个工程。Ctrl+Shift+P，执行MPLAB MCC: Launch启动MCC。（见下图1）
选择MCC配置，直接按回车选择从zip文件中解压出的。
等待一段时间，MCC加载完成后会显示一块类似流程图的框图区域。
点击左上角的Project Resource选项卡，然后点击Generate按钮。（见下图2）
耐心等待MCC下载设备支持包。完成后，MCC下方的User Output选项卡中会在倒数第二行输出Generation complete (total time: 1 milliseconds) 字样。此时可以关闭MCC。
点击左侧的MPLAB扩展选项卡，找到下方的test1工程，并点击右侧对应的Build按钮。（见下图3）
如无意外，会出现编译成功的提示。在out目录中可以找到最终产物hex文件。