Мікропроцесори та основні поняття. Класифікація мікропроцесорі



Скачати 239.89 Kb.
Дата конвертації09.04.2017
Розмір239.89 Kb.

http://antibotan.com/ - Всеукраїнський студентський архів

Совин Ярослав Романович

Лаби: Стахів Марта Юріївна

Розраха – 10, лаби – 30 (13, 17), практичні – 10 (5, 5)

2МК(25,25)

Ви 4-й курс, на лекції у вас вільне відвідування. Не перевіряю, але записую)))

На практичні обов’язково.

Змістяра


Змістяра 2

Тема: мікропроцесори та основні поняття. Класифікація мікропроцесорів. 4

Класифікація мікропроцесорів 4

>>>> за призначенням: 5

>>>> за типом архітектури: 6

>>>> за типом системи команд розрізняють: 6

Тема: Мікропроцесорний пристрій 7

Функціонування МПП 8

Основні характеристики ЦП 9

Інтерфейси I/O 9

Архітектурні особливості мікропроцесорів 9

Прінстонська архітектура 9

Гарвардська архітектура 9

CISC- та RISC-мікропроцесори 10

Конвеєр команд 10

Система команд 11

Команди з трьохадресним форматом 11

Команди з двоадресним форматом 11

Команди з одноадресним форматом 11

Класифікація команд мікропроцесора за призначенням 12

Типова архітектура універсального мікропроцесора 13

Формат F регістра 13

Лічильник команд 14

Основні способи адресації у мікпропроцесорах 15

Непряма адресація зі зміщенням 17

Відносна адресація 17

Відносна регістрова адресація 17

Структура мікроконтроллерів загального призначення 18

Процесорне ядро 18

Схема синхронізації 19

AVR-мікроконтроллери 21

AVR 21


Архітектура AVR-мікроконтроллера 22

Характеристика ядра AVR 22

Характеристики підсистеми вводу-виводу 22

Характеристики AVR-МК AT90S2313 (аналог Attiny2313) 23

Організація пам’яті AVR-мікроконтроллерів 23

1.АЛП та файл РЗП 23

Структура пам’яті AVR-мікроконтроллера 24

Пам’ять даних 24

Тема: EEPROM пам’ять 26

Способи адресації в AVR мікроконтроллерах 27



Лекція №1

Список літератури:



  1. Мікропроцесорна техніка – Ю.І.Якименко

  2. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры

Для практичних

  1. Лебедев М.Б. CodeVisionAVR – пособие для начинаючих

  2. Хартов В.Я. – Прикроконтроллери

Тема: мікропроцесори та основні поняття. Класифікація мікропроцесорів.


Перший МП i4004 створений фірмою Intel у 1971р. Дядьки Тед Хофф та Фредерік Феггін.

Мікропроцесор (МП) – це пристрій, який здійснює прийом, обробку і видачу інформації. Конструктивно МП містить одну або декілька інтегральних схем і виконує дії за програмою, записаною в пам’яті.

Мікропроцесорна схема (МПС) – обчислювальна, контрольно-вимірювальна або керувальна система, в якій основним пристроєм обробки інформації є МП.

Мультипроцесорна система – система, яка утворюється об’єднанням деякої кількості універсальних або спеціалізованих МП, завдяки чому забезпечується паралельна обробка інформації і розподілене керування

Мікропроцесорний комплект (МПК) – сукупність інтегральних схем, сумісних за електричними, інформаційними та конструктивними параметрами і призначених для побудови електронно-обчислювальної техніки та мікропроцесорних систем керування. Chipset – в англійській мові. До складу МПК входять:

  1. Мікропроцесор;

  2. Оперативні запам’ятовуючі пристрої (ОЗП;RAM);

  3. ПЗП (ROM);

  4. Інтерфейси або котроллери зовнішніх пристроїв;

  5. Службові (тактовий генератор, регістри, шинні формувачі, контроллери шин, арбітри шин).

Мікроконтроллер –пристрій, який виконаний в одному корпусі інтегральної схеми і містить основні складові МПК: процесор, пам’ять даних, пам’ять програм, програмовані інтерфейси.

Інтерфейс – визначає правила взаємодії компонентів системи, а також правила побудови технічних засобів призначених для реалізації цієї взаємодії.

Класифікація мікропроцесорів


Є 3 параметри: призначення, тип архітектури, тип системних команд.

>>>> за призначенням:


  1. Універсальні – найпоширеніші є Intel і AMD. Займають до 90% всього ринку. 10% - Motorolla, Sun microsystems. На сьогодні мають розрядність від 32 до 64 біт, деякі 128.

  2. Спеціалізовані

    1. Мікроконтроллери

      1. 8-розрядні

      2. 16-розрядні

      3. 32-розрядні

    2. Мультимедійні процесори

    3. Трансп’ютери

    4. Цифрові сигнальні процесори (DSP – Digital Signal Processors) – призначені для цифрової обробки сигналів в реальному масштабі часу. Є два основні алгоритми обробки сигналів: цифрова фільтрація і спетральний аналіз. Основною операцією цифрової обробки сигналів є MAC – перемноження з додаванням

      1. З фіксованою комою (16,24 біт)

      2. З плаваючою (32 біт)

Гордон Мур – один з засновників Intel. Має свій емпіричний закон: кожні 2 роки кількість транзисторів на 1-му кристалі подвоюється. Це правило до сих пір виконується.

Основні вимоги до ЦСП:



  • апаратна підтримка операцій MAC(за 1 такт)

  • наявність високошвидкісних інтерфейсів вводу-виводу даних

Мікроконтроллери


Призначені для застосування у вбудованих системах і орієнтовані на виконання функцій керування і регулювання. Перший був розроблений Intel в 1986р. Найбільшими є сімейство AVR.

Для мікроконтроллерів характерні:



  1. Шифрокі функціональні можливості

  2. Низька ціна

  3. Високі технічні характеристики

Мікроконтроллер складається:

  1. 8,16,32бітного процесора

  2. Внутрішньої пам’яті даних і програм

  3. Набір інтерфейсних або переферійних модулів (порти вводу-виводу, таймери, АЦП, ЦАП)

8-бітні – найбільш чисельна група. Мають низьку продуктивність і малу вартість. Тобто орієнтована на масову продукцію, де кожен цент впливає на сумарну ціну. Для них об’єм пам’яті програм становить від 1-100кБ, об’єм пам’яті даних – від 10 байт до кількох кБ. Вони підтримують обмежений набір команд (50-100 і малу кількість способів адресацій)

16-бітні – переважно покращені версії 8-бітних контроллерів. Мають більший об’єм пам’яті, розширені систему команд і способи адресацій. Інколи є програмно сумісними з 8-бітними мікроконтроллерами.

32-бітні – по своїм можливостям відповідають молодшим моделям універсальних мікропроцесорів. Серед 32-бітних мікроконтроллерів домінують мікроконтроллери з архітектурою ARM(Advanced RiSC-Machine).

Мультимедійні мікропроцесори


Призначені для обробки аудіо- та відеоінформації.

  • Універсальні процесори, в які добавлені спеціальні команди – MMX, 3Dnow!, SSE

  • Суто мультимедійні процесори

Трансп’ютери


Утворений від «Транзистор+комп’ютер», призначені для роботи у системах з масовими паралельними обчисленнями. Тобто це мікрокомп’ютер(процесор) з власною внутрішньою пам’яттю та каналами (links) для з’єднання з іншими трансп’ютерами. Вони можуть паралельно вести обчислення і обмін інформацією.

>>>> за типом архітектури:


  1. МП з прінстонською (фоннейманівською) архітектурою

  2. МП з гарвардською архітектурою

>>>> за типом системи команд розрізняють:


  1. CISC(Complete Instruction Set Computing)-процесори – процесори з повним набором команд. В них швидкодія визначається тактовою частотою. Якщо потрібно збільшити продуктивність – піднімаємо частоти;

  2. RISC(Reduced -//-)-процесори – процесори зі скороченим набором команд. Висока продуктивність досягається за рахунок технології опрацювання даних;

  3. VLIW(Very Large Instruction Word)-процесори – процесори з довгим командним словом. В них одна команда (до 128 біт) викликає паралельне виконання кількох операцій у різних блоках мікропроцесора.

2010-03-02

Лекція №2


Тема: Мікропроцесорний пристрій


Схемка з нікона(МПП):

До складу МПП входять: ЦП (CPU). ОЗП, ПЗП, ПРВВ (пристрої вводу/виводу), Інтерфейси I/O.

Розглянемо їх детальніше.

Шина – це інформаційний канал, який об’єднує блоки МП або МПП і забезпечує обмін даними між ними. Тобто шина може бути внутрішня і зовнішня. Складається з n провідників. У паралельній шині інформація передається по кожному провіднику одночасно.

Усі блоки МПП з’єднюються паралельною шиною, яка називається системною шиною(System Bus). Вона складається з: шини адреси (ША), шини даних (ШД), шини керування (ШК).



  1. Шина адреси (Address Bus) – призначена для передавання адреси комірки пам’яті або ПРВВ, з якими мікропроцесор буде обмінюватися інформацією. Шина адреси є однонаправленою, напрям передачі – від мікропроцесора, до пам’яті або зовнішнього пристрою.



  1. Шина даних – призначена передачі даних між блоками мікропроцесорного пристрою. Вона є двонаправленою і позначається:

Розрядність шини даних визначає розрядність мікропроцесора і може бути 8,16,32,64



  1. Шина керування – призначена для передачі керуючих сигналів, які узгоджують роботу мікропроцесора з пам’яттю і ПРВВ.

ПЗП і ОЗП складають систему пам’яті, призначену для зберігання, видачі та запису інформації. Тобто в ПЗП зберігаються дані, які не повинні знищуватися при зникненні живлення – програми. ОЗП – проміжні результати обчислення.

Пам’ять організована у вигляді масиву комірок, кожна з яких має свою адресу і містить M біт інформації. Переважно M=8 (байт), або M=16 (слово). Якщо мікросхема має NA адресних входів, то загальна кількість доступних комірок пам’яті .

Наприклад, NA=8,M=8, тоді . Записуємо як 256x8.

Для позначення об’єму пам’яті використовують такі одиниці:



 - Кіло,  - Мега,  - Гіга,  - Тера.

Наприклад, NA=16,M=8,.



Структура мікросхеми пам’яті

Адресні входи підключаються до шини адреси. Для звернення до певної комірки пам’яті мікропроцесор повинен виставити її адресу на шину адресів. Через двонаправлені входи-виходи даних, які підключені до шини даних здійснюється запис або читання інформації з/в задану комірку пам’яті. Входи управління задають: тип операції(R/W), режим роботи(активний/неактивний/енергозберігаючий)



Сигнали управління мікросхем пам’яті







Стан виводів D7-D0/IO7-IO0

Режим роботи

1

x

x

Високоімпедансовий стан

Неактивний

0

0

1

Виходи

Зчитування

0

1

0

Входи

Запис

0

1

1

Високоімпедансовий стан

Неактивний

CS – Chip Select, CE – Chip Enabled



Основою ЦП є мікропроцесор але також можуть входити тактовий генератор, буфери шин і т.д.

Функціонування МПП


Робота МПП полягає в обробці даних і в обміні інформації з ПРВВ.

Модуль ЦП обробляє дані і керує всіма компонентами системи. Протягом часу виконання команди(командний цикл), ЦП виконує такі дії:



  • Виставляє адресу команти на ША;

  • Отримує від команти з пам’яті та дешифрує його;

  • При потреб обчислює адреси операндів та зчитує їх;

  • Виконує операцію, яка задана командою;

  • Сприймає зовнішні керувальні сигнали (наприклад, запити переривань);

  • Генерує сигнали стану і керування, потрібні для роботи пам’яті та ПРВВ.

Основні характеристики ЦП


  1. Система команд, показує скільки різних команд може виконувати мікропроцесор.

  2. Розрядність мікропроцесора, показує скільки біт інформації передається або обробляється за одну команду.

  3. Обєм адресованої памяті(адресний простір), показує до скількох комірок пам’яті може звертатися мікропроцесор і визначається адресною шиною. Якщо є 16 розрядна шина, то 64 Кб може адресувати процесор

  4. Частота, показує скільки елементарних операцій виконується за одну секунду

Інтерфейси I/O


Виконують ф-ю узгодження сигналів пристроїв вводу/виведення із сигналами системної шини. Їх ще називають контроллерами.

Архітектурні особливості мікропроцесорів


Архітектура МП – це комплексна характеристика, яка включає: структурну схему мікропроцесора, систему команд МП, призначення вхідних та вихідних сигналів, формати даних і команд, способи адресації до даних.

Прінстонська архітектура


Характеризується використанням спільної пам’яті для зберігання програм і даних. Для звертання до цієї пам’яті використовується спільна системна шина.

Переваги:

  • Оскільки є спільна пам’ять, то в залежності від задачі ми можемо оперативно розприділяти область між програмами і даними.

  • Використовують одну спільну системну шину, є менше з’єднань, більш висока надійність, простота відладки, тестування

Недолік:

  • Необхідність послідовної вибірки команд і даних по спільній шині, при цьому шина стає вузьким місцем, що обмежує продуктивність системи.

Гарвардська архітектура


Характеризується фізичним розділеннямпам’яті програм і пам’яті даних. Кожна пам’ять з’єднюється з мікропроцесором окремою шиною. Це дає змогу одночасно проводити вибірку команди і зчитування даних. Тобто якщо такий процесор на протязі одного такту виконує більше дій.

Переваги:

  • Зростання швидкодії

Недоліки:

  • Більша кількість шин, важча відладка

  • Не можемо розприділяти пам’ять під потрібні задачі, у нас фіксований розмір пам’яті для програм і даних

Ця архітектура переважає в цифрових сигнальних процесорах та мікроконтроллерах, а Прінстронська переважає в універсальних мікропроцесорах.

CISC- та RISC-мікропроцесори


CISC-процесори – процесори з повним набором команд, виконують великий набір різноформатних команд з використанням різних способів адресації. Чим більше команд, тим простіше. З одної сторони це полегшує роботу, але з іншої строни складніший стає пристрій керування. Якщо Pentium – понад 2200 різних команд, 11 способів адресації. Тут пристрій керування займає 60%.

Компілятори з усієї системи команд використовують обмежений набір простих команд, типу регістр-регітр, регітр-память.



RISC-процесори – процесори з скороченм набором команд фіксованого розміру, при цьому значно скорочується число способів адресації.

Переваги:

  • Спрощується структура процесора

  • Зменшується розмір і вартість кристалу

  • Зростає продуктивність

Недоліки:

  • Немає команд деяких і потрібно використовувати інші команди для реалізації необхідних

В RISC процесорах для зменшення звертань до пам’яті збільшена кількість внутрішніх регістрів(від 32-100). В CISC від 8-16 регістрів.

Конвеєр команд


В RISC-процесорах застосовують конвеєр команд. Кожна команда розбивається на деяку кількість кроків з однаковим часом виконання

F – вибірка команди

D – дешифратор команди

R – зчитування при потребі даних, які входять в команду

E – виконання самої команди

Ці кроки можуть запускатися паралельно із зсувом на 1 крок.

2010-03-09

Лекція №3

Програма мікропроцесора складається з послідовності команд, які зберігаються в пам’яті(у двійковій формі) і виконуються одна за одною.

Пневмонічне позначення команд використовується для:


  1. Скороченого запису команди – тобто від кожної команди зазвичай беруть перші букви (для додавання – ADDition)

  2. Полегшення запам’ятовування

  3. Ототожнення команди з їх фактичним призначенням

STS 0x0045, R30

STS – Store to SRAM

Пневмонічна форма запису використовується в мові асемблера. Асемблером називається:


  1. Мова програмування низького рівня;

  2. Спеціальна програма-транслятор, яка переводить пневмокоди у двійкові значення.

Система команд


Кожен тип мікропроцесора має свій індивідуальний набір команд (система команд). Команда представляє собою двійкове слово, а структуру цього слова називають форматом команди. Команда може складатися з одного-двох-трьох машинних слів. Машинне слово має таку ж розрядність як і мікропроцесор.

Будь-яка команда складається з коду операції - КОП (Opcode – Operation Code) і адрес джерел і приймачів даних.


Команди з трьохадресним форматом


Складаються з КОП; двох адрес джерел даних – src1, src2; однієї адреси приймача dest.

Opcode

Src1

Src2

Dest

Такий формат команд характерний для процесорів з архітектурою Register-Register (aka Load-Store), в яких будь-які операції, які передбачають їх завантаження в регістр.

Команди з двоадресним форматом


Opcode

Dest

Src

Такий формат характерний для процесорів з архітектурою Register-Memory, коли один операнд знаходиться в регістрі, а інший – в пам’яті.

Команди з одноадресним форматом


КОП + адреса джерела даних

Opcode

Src

Такий формат характерний для процесорів з акумуляторною архітектурою, коли один з операндів завжди розсташовується в спеціальному регітрі-акумуляторі.

Псевдокод для виконання операції додавання

Register-Register

Register-Memory

Accumulator

Load Reg1, A

Load Reg2, B

Add Reg3, Reg1, Reg2

Store C, Reg3



Load Reg1, A

Add Reg1, B

Store C, Reg1


Load A

Add B


Store C


Класифікація команд мікропроцесора за призначенням


Всі команди поділяються на 5 груп:

  1. Переміщення даних

    1. Reg <-> Reg

    2. Reg <-> Memory

    3. Reg <-> I/O

  2. Перетворення даних

  3. Управління програмами – змінюють вміст внутрішнього регістра мікропроцесора, який називається програмний лічильник PC(Program Counter). Регістр PC вказує адресу наступної команди, яка буде виконуватися.

  4. Вводу-виводу

  5. Спеціальні – виконують специфічні функції, пов’язані з архітектурою мікропроцесора

Якщо у мові високого рівня

If (a == 0){

}else{

}

То в асемблері:





Команди вводу/виводу організовують обмін інформації із зовнішніми пристроями

i8080: IN 53 <- ввести дані в акумулятор із зовнішнього вводу в регістр пам’яті 53

AT9052313: OUT PORT B, R18 <- Тобто вміст регістра R18 виводиться в порт B

i8080: EI (Enable Interrupt)

AT9052313: SLEEP (перейти в режим енергозбереження)

Типова архітектура універсального мікропроцесора




  1. АЛП – призначений для виконання і обробки даних (БР – буферний регістр, цифри знизу – розрядність). Містить 2 буферних регістра і регістр-акумулятор. Один з операндів завжди розсташовується в акумуляторі, результат виконання операції так само розсташовується в акумуляторі.

  2. Множина регістрів

  3. Пристрій керування

  4. Внутрішня шина даних

РЗП: D,C,D,E,H,L

РСП: F,A БА, БД, SP, PC/IP

F – регістр прапорців (регістр стану), служить для зберігання результатів деяких перевірок, які здійснюються в процесі виконання програми.

Формат F регістра





7

6

5

4

3

2

1

0

F

S

Z

x

AC

x

P

x

C

  1. Розряд перенесення C(Carry) – встановлюється в 1, якщо результат виходить за межі 8 біт

  2. Прапорець нуля Z(Zero) – встановлюється в 1, якщо результат виконання операції є нульовий

  3. Знаковий розряд S(Sign) – вказує знак результату. Якщо S=0, то додатній, S=1, то від’ємний.

  4. Розряд парності P(Parity) – встановлюється в 1, якщо кількість результатів є парною.

  5. Розряд додаткового переносу AC(Auxilary Carry) – встановлюється в 1, якщо є позика перенесення з 3го розряду в 4й.

Приклад.

MVI A, 26; A=2610=000110102

MVI D, 42; D=4210=001010102

ADD D; A <- A+D

MVI – заносить число, вказане в команді в адресу.

C=0, Z=0, S=0, P=1, AC=1



Пр.2.

MVI A, 11; A=1110=000010112

MVI D,-5; D=-510=

ADD D; A <- A+D



Пр.3

MVI A, 7; A=710=000001112

MVI D, 15; D=1510=000011112

SUB D;


C=1; Z=0; S=1; P=0; AC=1


Лічильник команд


Зберігає адресу команди, що буде виконуватися. Розрядність лічильника відповідає розрядності шини адреси. По сигналу початкової установки Reset в Program Counter заноситься наперед визначена адреса, для даного проца, 0x0000 і виконання програми починається з цієї адреси.

Після читання першої команди PC автоматично отримує приріст на одиницю і переходить на виконання наступних команд.



Румпуруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруруррурурур [чорт, збився].

Вміст програмного лічильника можна змінювати за допомогою команд умовного і безумовного переходів або виклику підпрограм



Буферний регістр адрес (БА)

Вихід буфера адреси утворює шину адреси. Вміст буфера завантажується з програмного лічильника C.



СІД – схема інкременту/декременту

Вона дозволяє без участі АЛП збільшити або зменшити на одиницю вміст РЗП(регістрів загального програчення) PC(Program Counter) або SP(Stack Pointer).



М – мультиплексор, з’єднює один з РЗП з внутрішньою шиною даних.

SP – вказівник стеку, вказує адресу верхньої комірки пам’яті, яка є початком області, відведеної під стек. Вміст SP автоматично зменшується на 1 при занесені даних в стек, і автоматично збільшується на 1 при читанні даних в стек.

PUSH, POP – команди роботи зі стечком



PK – регістр команд, зберігає код команди, яка виконується. З регістра код вказує на дешифратор команд, який задає дії процесора для виконання команд. Розрядність регістра команд відпвідає розрядності мікропроцесора.

ПРК – пристрій керування, відповідно до дешифрованого коду команди генерує внутрішні і зовнішні керувальні сигнали.

ВШД – внутрішня шина даних, вона забезпечує передачу даних всередині мікропроцесора. Кожен блок мікпроцесора підключений до ВШД, але може скористатися нею тільки після отримання відповідного сигналу від ПРК.



Програмною моделлю мікропроцесора називається сукупність регістрів, які можна змінити/прочитать за допомогою команд.


Основні способи адресації у мікпропроцесорах


Спосіб адресації визначає яким чином відбувається звертання до даних в команді.

Неявна адресація – при такій адресації місцезнаходження операнду і результату фіксовано, переважно на якийсь спеціалізований регістр МП.



Регістрова адресація – операнди знаходяться в регістрах загального призначення мікропроцесора.





Безпосередня адресація – дані задаються всередині команди. Для позначення часто використовується буква I (Immediate – безпосередньо).

MVI E, 5CH (занести в регістр E 5 в 16му коді)

При прямій у команди безпосередньо вказується адреса комірки пам’яті, у якій знаходяться дані

Непряма адресація – використовує регістрові бари (індексні регістри), вміст яких є адресою даних в пам’яті



Непряма адресація має декілька підвидів - з автодекрементом або автоінкрементом. Збільшення/зменшення індексного регістра може відбуватися перед виконанням команди (preінкремент/preдекремент) або після (-post)



Пр.

LD R17, Y+

Завантажити в R17 вміст комірки за адресою Y, після чого Y збільшується на 1.

2010-03-16

Лекція №4

Непряма адресація зі зміщенням


Адреса операнда визначається як сума вмісту індексного регістра та зміщення вказаного в команді.


Відносна адресація


У лічильник команд вноситься сума поточного значення Program Counter’а і зміщення вказаного в команді.


Відносна регістрова адресація


В лічильник команд заноситься вміст регістру загального призначення



Спосіб адресації

Команда

Опис

Неявна

load

Заноситься вміст регістра спеіального призначення Reg

Регістрова

load

Завантажити в R1 вміст R2

Безпосередня

load

Завантажити в R1 якусь const.

Тобто R1 <- const



Пряма

load R1, (const)1

R1 <- Mem(const)

Непряма

load R1, (R2)

R1 <- Mem(R2)

Непряма з постінкрементом

Load R1, (R2)+

R1 <- Mem(R2); R2 <- R2+1

Непряма з постдекрементом

Load R1, (R2)-

R1 <- Mem(R2); R2 <- R2-1

Непряма з преінкрементом

Load R1, +(R2)

R2 <- R2+1; R1 <- Mem(R2)

Непряма з предекрементом

Load R1, -(R2)

R2 <- R2-1; R1 <- Mem(R2)

Непряма адресація зі зміщенням

Load R1, disp(R2)

R1 <- Mem(R2 + disp)

Зміщення

Branch disp

P <- P + disp

Відносна регістрова

Branch R1

P <- R1


Структура мікроконтроллерів загального призначення


Особливості мікроконтроллерів. Система команд орієнтована на задачі керування і регулювання. Відповідно у них менш розвинуті арифметичні і логічні команди, але більш розвинуті команди переміщення даних і управління програмою. Також в мікроконтроллерах присутні бітові команди.

Система і пристрої на базі Intel мають низьку вартість – більшість тих компонентів системи є реалізовані в межах одного кристалу (може містити АЦП, ЦАП, таймери, лічильники); універсальність і можливість розширення значно нижче, ніж в мікропроцесорах загального призначення; модульна організація, при якій на базі одного процесорного ядра проектується ряд(лінійка), які відрізняються об’ємом і типом пам’яті програм, об’ємом пам’яті даних, набору периферійних модулів і частотою синхронізації.


Процесорне ядро


ВКМ – внутрішня контрольна магістраль

Основні характериситики процесорного ядра МК:


CISC: великий набір команд, час виконання від 3 до 12 тактів

RISC: набір команд скорочений до мінімуму; всі команди фіксованої довжини; виконуються за 1 такт

Продуктивність – вимірюють в MIPS (Million Instructions Per Second)


Схема синхронізації


Вона формує тактові сигнали, необхідні для виконання командних циклів центрального процесора, роботи таймерів, а також обміну інформацією з ВКМ

Схема управління режимами роботи мікроконтроллера:



  1. Задає режими роботи МК з точки зору енергозбереження

  2. Здійснює початковий запуск мікроконтроллера

Більшість мікроконтроллерів підтримує 3 основні режими роботи:

  • Активний режим (Run mode) – мікроконтроллер виконує програму і використовує всі свої ресурси;

  • Режим очікування (Wait mode, Idle mode, Halt mode) – припиняє роботу центральний процесор, але продовжують працювати периферійні модулі, потужність споживання зменшується в 3-4 рази;

  • Режим зупину (Stop mode, Sleep mode, Power Down) – в цьому режимі припиняє роботу центральний процесор і більшість периферійних модулів, а також тактовий генератор. Вихід з цього режиму можливий або після скиду або зовнішнього переривання. Споживана потужність зменшується в 1000 разів.

Останні 2 режими називають режимами:

  1. пониженого енергоспоживання (LPM – Low Power Mode). МК можуть програмно відключати периферійні модулі, які не використовуються в даний момент.

Ромчік бомчік, виліз на стовпчік, на сопілці грав, Ваню діставав

Комплементарний Метал-Оксидний Напівпровідник – КМОН технологія (aka CMOS-MK).

Потужність споживання 

C – ємність переключення



 – напруга живлення мікроконтроллера

 – тактова частота

 – струм витоку в статичному режимі

Для зменшення потужності найкраще зменшити напругу живлення. Іншим варіантом є зменшення тактової частоти і продуктивності.



  1. Початковий запуск

2010-03-30


AVR-мікроконтроллери

AVR


  1. Розроблялась спільно з розробником-компіляторів з мов програмування високого рівня (IAR Systems Ltd.), тому структура AVR-MK максимально оптимізована для того щоб писати прорграми на мовах високого рівня.

  2. Застосування конвеєра команд, завдяки чому команди виконуються за один такт

МК виконані за КМОН технологією і поділяються на 4 сімейства:

  1. Tiny AVR – найбільш дешеві і прості МК у 8-ми вивідному корпусі. Мають найменшу серед AVR-МК ємність пам’яті та перефирійних пристроїв.

  2. Classic AVR – базова лінія МК з середньою продуктивністю до 16 MIPS, з пам’яттю програм 2-8 Кб.

  3. Mega AVR – з підвищеною продуктивністю, мають збільшені обсяги пам’яті програм (до 128 Кб) і пам’яті даних (до 4 Кб)

  4. XMega AVR – найбільш продуктивні мікроконтроллери, продуктивність до 32 MIPS. Пам’ять програм до 1 Мб. Мають блоки шифрування AES, DES.

Вивчатимемо AT90523117, належить до Classic.

Архітектура AVR-мікроконтроллера


Всі AVR мають однакове процесорне ядро, виконане по вдосконаленій RISC архітектурі. Вони є 8-ми бітні, команди мікроконтроллера – 16-ти бітні.


Характеристика ядра AVR


  1. Повністю статична архітектура, мінімальна частота – 0 Гц;

  2. АЛП підключений безпосередньо до 32-х РЗП(регістри);

  3. Завдяки гарвардській RISC-архітектурі більшість команд виконується за 1 такт – продуктивність 1MIPS за МГц;

  4. Максимальна тактова частота до 32 МГц;

  5. Багаторівнева система переривань, підтримка вкладених переривань – забезпечує швидку реакцію на події;

  6. Наявність програмного стеку.

Характеристики підсистеми вводу-виводу


  1. Програмне конфігурування;

  2. Всі виводи мають буфери з тригером Шмідта – це збільшує завадостійкість;

  3. Можливість підключення до виводів внутрішніх підтягуючих резисторів опором 35...120 кОм;

  4. Навантажувальна здатність всіх виходів становить 20мА – це дозволяє керувати багальма зовнішніми пристроями без додаткових драйверів

Характеристики AVR-МК AT90S2313 (аналог Attiny2313)


  1. 2 Кб флеш-пам’яті програм (кількість перепрограмувань не менше 1000)

  2. 128 EEPROM пам’яті даних (кількість циклів перезапису – до 100000)

  3. 128 байт ОЗП (SRAM) даних;

  4. Тактова частота до 10 МГц(ATtiny2313 до 20 МГц);

  5. 15 ліній вводу-виводу загального призначення;

  6. Напруга живлення від 1.8 до 5.5В

  7. Два режими пониженого енергоспоживання

  8. Підтримує зовнішні і внутрішні переривання;

  9. Периферійні пристрої

    1. Два таймери/лічильники (T0 I T1) 8 і 16 розрядні;

    2. Універсальній асинхронний приймач-передавач UART;

    3. Сторожовий таймер (перезавантажує автоматом контроллер при підвисанні);

    4. Аналоговий компаратор;


Організація пам’яті AVR-мікроконтроллерів

  1. АЛП та файл РЗП


Мають 32 РЗП.

Всі 32 безпосередньо підключені до АЛП. Кожен регістр може бути як джерелом даних, так і приймачем даних. Всі операції в АЛП виконуються за один такт. Він виконує арифметичні, логічні і бітові операції.

Sub R5, R17

Or R18, R20

Sbr R26, 0b00000011

R16-R31 можуть використовуватися в командах з безпосередньою адресацією. Напр., команда ldi (завести константу в регістр) R17, 0x5F спрацює, а якщо R7, то ні, бо діапазон вже не той.

Пам’ять AVR мікроконтроллерів виконана по гарвардській архітектурі(окремо пам’ять програм і пам’ять даних).

Пам’ять даних складається з трьох областей:



  1. Регістрова пам’ять (32 РЗП і 64 регістри вводу-виводу);

  2. Статисного ОЗП – 128 байт;

  3. Пам’яті EEPROM – 128 байт.

Структура пам’яті AVR-мікроконтроллера


Для адресації пам’яті програм (тобто для звернення до пам’яті програм, так?), чить для адресації пам’яті програм використовується програмний лічильник.1223івфвфів.31337 (пін код).

Після скиду виконання програми починається з нульової адреси.

Пам’ять даних


Регістровий файл. Можна звертатися як до регістрів, а можна як до комірок пам’яті.

Шість з 32 регістрів файлу – R26…R31 можна використовувати як 16-розрядні позначки адреси при непрямій адресації даних. Це так звані індексні регістри, позначаються як X,Y,Z.





Регістри вводу/виводу. Містять службові регістри і регістри управління периферійними пристроями.

Юхху, «ну добре... сьогодні вже не встигнемо... на сьогодні тоді все».

Лекція після модуля

2010-04-20



Пісня в голові: And the world around us... just keep feeding me down [або шось таке]... A… a… aa..

Тема: EEPROM пам’ять


AVR мікроконтроллери мають таку пам’ять. AVR AT90S2313 має 128 байт EEPROM.

Час запису в пам’ять є від 1.5 – 4 мс, залежить від напруги живлення.

Для доступу до EEPROM пам’яті використовуються 3 регістри вводу/виводу (РВВ).

EEAR(EEPROM Address Register) – регістр адреси, задає адресу комірки пам’яті при r/w

EEDR(EEPROM Data Register) – регістр даних, містить байт, який читається або записується в EEPROM пам’ять

EECR(EEPROM Control Register) – регістр управління, керує доступом до пам’яті. Розглянемо його детальніше.





  • EERE – 1 дозволяє читати. Читається з EEDR дані. Після читання біт скидається в 0. Операція читання займає 4 такти.

  • EEWE – дозволяє запису. Після встановлення в 1 відбувається запис EEPROM пам’яті. Після завершення запису біт апаратно скидається в 0.

  • EEMWE(Master Write Enable) – біт управління дозволом запису. Якщо EEWE і EEMWE = 1, то операція запису виконується. Після встановлення в 1 він апаратно скидається в 0 після 4х тактів.

Пр.

R17 – адреса комірки EEPROM

R18 – дані для EEPROM

EEPROM_Read:

Sbic EECR, EEWE

Rjmp EEPROM_Read

Вийде з циклу вище якщо EEWE стане рівне 0

Out EEAR, R17

Sbi EECR, EERE

in R18, EEDR

ret

ldi R17, 0x27



rcall EEPROM_Read
EEPROM_Write:

Sbic EECR, EEWE

Rjmp EEPROM_Write

Out EEAR, R17

Out EEDR, R18

Встановлюємо мастер біт:

Sbi EECR, EEMWE

Sbi EECR, EEWE

Ret вихід з підпрограми


Якщо хочемо записати байт F5, в адресу 0x27:

Ldi R17, 0x27

Ldi R18, 0xF5

Rcall EEPROM_Write

Способи адресації в AVR мікроконтроллерах


AVR підтримують такі способи адресації:

  • Неявну – операнд знаходиться в якомусь регістрі спеціального призначення (регістр прапорців)

  • Безпосередню – дані знаходяться в самому коді команди, aka andi R18, 98

  • Пряма регістрова з одним регістром – тут дані розташовуються в одному з РЗП(регістр загального призначення), aka clr R5

  • Пряма регістрова з двома регістрами, – mov R5, R7

  • Пряма регістрова регістру I/O, – in R17, PORTB; out SREG, R20

  • Пряма

  • Непряма

  • Непряма відносна

  • Відносна регістрова

  • Відносна зі зміщенням

  • також вітайте:

  • Крива

  • Напівкрива

  • Перекособочена



1 Дужки означають вміст комірки пам’яті



База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка