游戏配件的开发: 设计挑战与单片机的选择

图1。 LPC550X MCU 系列的框图。图片由 NXP 提供

处理器性能
高时钟速度，处理核心和协同处理器可以帮助减少诸如游戏配件的输入延迟等问题。更高的 CPU 吞吐量允许在给定时间内完成更多的任务，这对于最小化延迟至关重要——无论是在通信还是响应用户输入。
NXP 公司的 lpc5500系列拥有 Arm Cortex-M33，频率可达96mhz，并包括一个加速浮点运算的片上浮点运算器(FPU)。高时钟频率和硬件加速浮点操作可以帮助减少输入延迟和音频中断在这些类型的耳机。
大量的芯片内快闪存储器，在这种情况下高达256 KB，为产品代码开发和未来升级提供充足的代码存储空间。最多96 KB 的 SRAM 允许复杂的数据收集和处理。在无线耳机的情况下，这种存储器可用于音频处理，降低噪音或取消，以及处理用户输入，可能包括语音命令。
加强安全
增强的安全性选项不仅保护用户数据。现代的片上安全特性可以防止未经授权的固件篡改和检测数据完整性错误。代码加密可以防止有价值的 ip 被盗，计算机和无线附件之间的加密传输流可以保护用户免受未经授权的访问。
安全系统的好处也会波及到整个系统，并且可以提供一个总体上更有效的解决方案: 片上硬件加密和解密引擎减少了主 CPU 核心的负载，进一步加快了嵌入式应用程序的速度。
为了满足这些需求，现代的、复杂的片上系统产品包括了一些硬件安全特性。
例如，甚至基准 NXP LPC5500 soc 也包括 Arm TrustZone 和一个加密协处理器，该协处理器使硬件加速能够计算非对称加密算法，如椭圆曲线密码学密码算法(ECC)。
此外，一些 lpc5500型号包含了更多的安全增强功能:

• 快闪存储器数据的实时加解密
  

• 专用的 aes-256加密/解密引擎
  

• SHA家族模块，支持使用专用直接内存访问(DMA)控制器的安全引导
  

• 物理不可分离函数(PUF)利用专用 SRAM 产生唯一的硅指纹。PUF 可以生成、存储和重构高达4096位的密钥
  

• 一个128位的唯一用户标识(UUIC)设备序列号
  

• 与伪随机生成器相对的真随机数生成器(RNG)
  

省电功能
对于一个无线耳机运行关闭电池电源，有效的电源管理是至关重要的，以增加运行寿命和更长的待机时间。最小化功率需求还意味着使用更小的电池，这反过来又会减少体积、重量和成本。
一个为无线游戏应用程序优化的单片机应该包括多种电源模式和能力从不同类型的输入唤醒。在不同的停电水平，设计者可以权衡唤醒时间延迟与停电消耗的电量。
NXP lpc5500系列 mcu 包括先进的电源管理模式和一个板载电源管理单元(PMU)。
降低功耗模式为设计师提供了许多选项:

• 睡眠
  

• 深度睡眠和内存保留
  

• 随机存取存储器和 CPU 保持的断电
  

• 具有内存保持的深度断电
  

PMU 控制在这些断电模式下哪些系统阻塞继续运行和/或保持状态。
简化足迹
简单的设计和小的芯片足迹使工程师能够通过减少所需的外部设备的数量来构建更具成本效益的解决方案。功能丰富的 mcu 可以进一步帮助减少对外部设备的需求。减少组件数量可以允许减少尺寸和重量，这将支持更符合人体工程学的游戏配件。
NXP 的 lpc5500系列包括一些数字和模拟外围设备，以支持复杂的系统设计。数字串行接口支持标准通信协议，如 UART、 I2C 和 SPI。双 DMA 控制器提供快速、高效的内存数据传输。
一个多通道，16位模拟数字转换器(ADC)同时提供单端和差分通道。在无线耳机应用程序中，这些可以用来监视用户的麦克风，以便进行语音捕获和消除噪声的附加音频输入。片内温度传感器可提供安全功能，防止过热。
包装小到7毫米 x 7毫米，工程师可以充分利用一个快速的单片机在小型和符合人体工学设计的全部电源。

游戏附件设计的几点思考
在设计游戏配件时，工程师们面临着各种各样相互冲突的设计挑战。高处理性能和高数据吞吐量是提高响应能力和最小化不良影响的必要条件，例如游戏配件的输入滞后。
然而，增加的处理能力和片上功能往往与更高的功率使用和电池操作的无线配件的有效运行时间减少相关。如果工程师想要获得最好的用户体验，他们应该使用一个高性能的单片机，提供异常的效率，如 NXP lpc5500系列的通用单片机。
设计简单的游戏专用单片机帮助工程师设计更流线型和成本效益设备，用户受益于更符合人体工程学，更小，更轻的配件。一套丰富的片上外围设备、协同处理器和电源管理电路可以帮助减少电路中所需的外部元件的数量。简化的 BOM 和更小的物理 PCB 尺寸有助于降低电子设计的成本。
额外资源
NXP LPC550x/S0x 产品页面包含更多信息，例如每种型号的可用选项和准确的规格。在 NXP 游戏配件网页也包含游戏外围设备的例子。各种应用程序说明可以帮助工程师开始在他们的游戏相关项目中使用 LPC550x/S0x mcu。