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PIC32MZ W1系列Wi-Fi SoC技术解析与应用指南

科技观察员 2025-10-09 11:47 次阅读
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Microchip Technology PIC32MZ W1片上系统 (SoC) 是高性能Wi-Fi MCU SoC,具有MIPS M级内核、稳健连接和用于软件开发的2MB内存。除了强大的内核外,PIC32MZ2051-W1还提供业界领先的连接,支持2.4GHz 802.11 b/g/n无线电模式。这些器件具有丰富的外设集,包括以太网USBADC、CVD触摸按钮和CAN

数据手册:*附件:Microchip Technology PIC32MZ W1片上系统 (SoC)数据手册.pdf

特性

  • 无线接口
    • PHY
      • IEEE® 802.11 b/g/n WLAN链路
      • 20MHz通道带宽的单空间流
      • 外部FEM支持功率放大器 (PA)、低噪声放大器 (LNA) 和发射器/接收器 (TX/RX) 开关
      • 2.4GHz(2400MHz至2483.5MHz)ISM频段
    • MAC
      • 基础设施BSS STA模式
      • 软AP模式功能
      • 有源和无源扫描
      • 在整个温度和电压范围内支持发射功率控制
    • 安全性
      • WPA3个人版(SAE和PMF-802.11w)
      • WPA2个人版,具有WPA兼容性和PMF选项
      • WEP
    • Harmony网络
      • 开箱即用支持MPLAB® Harmony v3 TCP/IP堆栈
      • TLS v1.2,具有对称/非对称加密加速功能
    • Wi-Fi省电模式
      • 无线休眠模式 (WSM)
      • 无线深度睡眠模式 (WDS)
    • Wi-Fi时间戳支持
  • 200MHz、MIPS32® M级微处理器内核
    • 16 KB I缓存、16 KB D缓存
    • 基于固定映射转换 (FMT) 的MMU,可实现最佳嵌入式操作系统执行
    • microMIPS™模式可实现高达35%的代码压缩
    • DSP增强型内核
      • 4个64位累加器
      • 单周期 MAC,饱和与分数数学
    • 高代码效率(C和汇编语言)架构
  • 片上闪存和SRAM
    • PIC32MZ1025W104
      • 1MB闪存程序存储器
      • 64KB启动程序闪存
      • 256KB SRAM(程序和数据)
      • 64KB数据缓冲器 (DBF)
      • 用于外设的专用缓冲器
    • PIC32MZ2051W104
      • 2MB闪存程序存储器
      • 128KB启动程序闪存
      • 512KB SRAM(程序和数据)
      • 128KB数据缓冲器 (DBF)
  • 电源管理和系统恢复
    • 低功耗模式(做梦、睡眠、深度睡眠和极深度睡眠)
    • 8KB上下文SRAM,用于低功耗模式下的上下文存储
    • 深度睡眠模式
    • PIC32MZ W1 SoC使用32位信号量寄存器进行上下文存储,在极深度睡眠模式下具有以下电流消耗值
      • PIC32MZ1025W104132:0.71µA(典型值)
      • PIC32MZ2051W104132:1.06µA(典型值)
    • 集成上电复位 (POR)、掉电复位(BOR)、零功耗BOR (ZPBOR) 和可编程低电压检测 (PLVD)
    • 辅助振荡器和故障安全时钟
    • 快速上电和掉电恢复
  • 安全性
    • 硬件加速安全模式(带内置DMA支持)
    • 带真随机数发生器 (TRNG) 的加密引擎,用于数据加密/解密和身份验证(AES、3DES、SHA、MD5和HMAC)
    • AES模式
      • 电子密码本 (ECB)
      • 密码块链接 (CBC)
      • 计数器模式 (CTR)
      • 密码反馈模式 (CFB)
      • 输出反馈模式 (OFB)
      • Galois/计数器模式 (GCM)
    • 硬件加速公钥加密,支持:
      • 16-DSP乘法器配置
      • 256位ECC/ECDH/ECDSA/Curve25519
      • 256位Ed25519
      • 512位ECC/ECDH/ECDSA生成
  • 时钟管理
    • 40MHz主振荡器 (POSC)
    • 32.768kHz辅助振荡器 (SOSC)
    • 上电定时器 (PWRT) 和振荡器启动定时器 (OST)
    • 故障安全时钟监控器 (FSCM)
    • 片上时钟源
      • 8MHz快速RC (FRC) 振荡器
      • 32.768kHz低功耗RC (LPRC) 振荡器
    • 可编程PLL和振荡器时钟源
    • 独立看门狗定时器 (WDT)、deadman定时器 (DMT) 和独立深度睡眠看门狗定时器
    • 快速唤醒和启动
    • 支持外部器件的精确基准时钟
  • 直接内存访问 (DMA)
    • 具有自动数据大小检测功能的8个通道
    • 可编程32位循环冗余校验 (CRC)
  • 高级模拟12位ADC模块
    • 2个MSPS,具有2个采样和保持 (S&H) 电路(1个专用电路和1个共享电路)
    • 多达20个模拟输入通道
    • 睡眠和空闲模式运行
    • 多种触发源
    • 2个数字比较器和2个数字滤波器
    • 支持自电容触摸界面,最多18个触摸按钮和1个驱动扩展板
  • 通信接口
    • 多达2个CAN模块(CAN和CAN-FD),2.0B有源,支持DeviceNet™寻址
    • 多达3个UART模块(速度高达10Mbps),支持RS-232、RS-485、LIN 2.1和IrDA协议
    • 1个以太网MAC模块 (10/100Mbps),带RMII接口和专用DMA
      • IEEE 1588精密时间协议 (PTP)
      • Wi-Fi和以太网之间的时间同步支持
    • 多达2个SPI(4线)模块,速度高达40MHz
    • SQI可配置为额外的SPI模块 (60MHz)
    • 1个全速USB 2.0 OTG接口,带专用DMA
    • 2个I^2^C(高达1M波特率),支持SMBus
  • 定时器/输出比较/输入捕捉
    • 7个16位或多达3个32位定时器/计数器
    • 4个输出比较 (OC) 模块
    • 4个输入捕获 (IC) 模块
    • 低功耗精密实时时钟和日历 (RTCC)
  • 输入/输出
    • 所有I/O引脚上均具有高拉电流/灌电流(高达25mA)
    • 可配置开漏、上拉、下拉和压摆率控制
    • 所有I/O引脚上均具有外部中断功能
    • 外设引脚选择 (PPS) 功能,支持函数重映射
    • 多达62个GPIO引脚
  • 外设触发发生器 (PTG),带8位用户命令,用于对复杂序列进行调度
  • 支持B类安全库,IEC 60730
  • 调试器开发支持
    • 在线和在应用编程
    • 4线MIPS®增强型JTAG接口
    • 无限软件:8个指令和4个数据复杂硬件断点
    • IEEE 1149.2兼容 (JTAG) 边界扫描
    • iFlowtrace功能支持:iFlowTrace消息的片外缓冲
  • 软件和工具支持
    • C/C++编译器,具有本机DSP/分数
    • Mplab®Harmony集成软件框架
      • TCP/IP、USB、图形和mTouch™中间件
      • MFi和Android
      • RTOS内核:Express Logic ThreadX、FreeRTOS™、OPENRTOS®、Micriµm®µC/OS™和SEGGER embOS®
    • 支持无线 (OTA) 和通过主机 (OTH) 固件更新模式
  • 双排132引脚DQFN封装,10mm x 10mm x 0.9mm
  • 工作电压范围:2.97 V至3.63 V
  • 工作频率范围:直流至200MHz
  • 工作温度范围:-40 °C至+85 °C

框图

1.png

PIC32MZ W1系列Wi-Fi SoC技术解析与应用指南

Microchip Technology的PIC32MZ W1片上系统(SoC)是一款集成了Wi-Fi连接和硬件安全加速器的32位微控制器,专为物联网和网络连接应用设计。本文将深入分析该系列芯片的关键特性和技术优势,帮助开发者更好地理解和应用这一平台。

一、PIC32MZ W1系列概述

PIC32MZ W1系列是通用型低成本32位微控制器,具有以下核心特性:

  • 集成Wi-Fi和网络连接功能
  • 硬件安全加速器
  • 支持外部前端模块(FEM)接口
  • 200MHz MIPS32 M-Class微处理器核心
  • 丰富的标准PIC32外设集

该系列包含两种主要型号:

  1. PIC32MZ1025W104‌:1MB Flash程序存储器,256KB SRAM
  2. PIC32MZ2051W104‌:2MB Flash程序存储器,512KB SRAM

二、关键特性详解

1. 无线连接能力

PIC32MZ W1提供完整的Wi-Fi解决方案:

  • 支持IEEE 802.11 b/g/n标准
  • 2.4GHz ISM频段(2400-2483.5MHz)
  • 单空间流20MHz信道带宽
  • 支持WPA3个人、WPA2个人和WEP安全协议
  • 集成TCP/IP协议栈和TLS v1.2支持

2. 处理器核心

采用200MHz MIPS32 M-Class微处理器:

  • 16KB指令缓存和16KB数据缓存
  • 固定映射转换(FMT)MMU
  • 支持microMIPS模式,代码尺寸减少35%
  • DSP增强核心,支持单周期MAC操作

3. 存储器架构

  • 程序存储器‌:1MB/2MB Flash,带64KB/128KB引导程序Flash
  • SRAM‌:256KB/512KB(程序和数据)
  • 数据缓冲区(DBF) ‌:64KB/128KB,专用于外设
  • 支持现场固件更新(OTA和OTH模式)

4. 电源管理

提供多种低功耗模式:

  • 常规模式:全功能运行
  • 睡眠模式:部分外设关闭
  • 深度睡眠模式:仅保持关键功能
  • 极端深度睡眠模式:最低仅0.71μA电流

5. 安全特性

硬件加速安全功能包括:

  • AES、3DES、SHA、MD5和HMAC加密算法
  • 真随机数生成器(TRNG)
  • 支持256位ECC/ECDH/ECDSA/Curve25519
  • 可选Trust&Go安全元件集成

三、外设接口

PIC32MZ W1提供丰富的外设选择:

通信接口‌:

  • 2个CAN模块(CAN和CAN-FD)
  • 3个UART模块(最高10Mbps)
  • 1个以太网MAC(10/100Mbps)
  • 2个SPI接口(最高40MHz)
  • 2个I2C接口(最高1Mbps)
  • 1个USB 2.0 OTG全速接口

模拟功能‌:

  • 12位ADC,2MSPS采样率,最多20个模拟输入通道
  • 增强型电容式电压分压器(CVD)触摸控制器,支持最多18个触摸按钮

定时与控制‌:

  • 7个16/32位定时器/计数器
  • 4个输入捕捉模块
  • 4个输出比较模块
  • 实时时钟和日历(RTCC)

四、WFI32模块解决方案

Microchip提供基于PIC32MZ W1的WFI32模块,特点包括:

  • 完全射频认证(FCC、CE等)
  • 集成前端模块(FEM)和天线选项(PCB或U.FL连接器)
  • 简化设计的完整Wi-Fi解决方案
  • 多种型号选择,满足不同内存和功能需求

模块型号包括:

  • WFI32E01:基础Wi-Fi连接
  • WFI32E02:增加引脚数量
  • WFI32E03:大内存版本

五、开发支持

Microchip提供全面的开发工具链:

  • MPLAB X集成开发环境
  • MPLAB Harmony软件框架
  • 支持多种RTOS:FreeRTOS、ThreadX等
  • 丰富的参考设计和应用笔记
  • 硬件调试工具(MPLAB ICD 5等)

六、典型应用场景

PIC32MZ W1系列适用于:

  1. 智能家居设备
  2. 工业物联网网关
  3. 消费类电子产品
  4. 医疗监测设备
  5. 安防系统
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