- •Потоковые процессоры
- •Общие сведения
- •Альтернативные функции
- •Устройство портов
- •3.3.1.Регистр режима работы таймера/счетчика tmod
- •3.3.2.Регистр управления/статуса таймера tcon.
- •3.3.3.Режимы работы таймеров-счетчиков.
- •3.5.1.Функциональное назначение бит регистра управления/статуса приемопередатчика scon.
- •3.5.2.Скорость приема/передачи информации через последовательный порт.
- •3.5.3.Регистр управления мощностью pcon.
- •Вопрос #11 Контроллер прерываний msc-51. Особенности работы, программирование
- •3.6.1.Регистр масок прерывания (ie).
- •3.6.2.Регистр приоритетов прерываний (ip).
- •3.6.3.Выполнение подпрограммы прерывания.
- •Режим захвата.
- •Режим 16-разрядного программируемого таймера.
- •Режим скоростного вывода.
- •Режим сторожевого таймера (watchdog timer).
- •Режим генерации импульсов заданной скважности.
- •2.1.1 Центральный процессор (cpu)
- •2.1.2. Периферийные устройства 8xc196kc и 8xc196kd
- •1. Повышение тактовой частоты.
- •2. Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памяти.
- •3. Увеличение количества параллельно работающих исполнительных устройств.
- •4. Системы на одном кристалле (SoC) и новые технологии.
- •Программные симуляторы.
- •Режим генерации импульсов заданной скважности. (Модуль pca как генератор шим)
- •Режим захвата.
- •Режим 16-разрядного программируемого таймера.
- •Режим скоростного вывода.
1. Повышение тактовой частоты.
Для повышения тактовой частоты: более совершенный технологический процесс; увеличение числа слоев металлизации; более совершенная схемотехника меньшей каскадности с более совершенными транзисторами, а также более плотная компоновка функциональных блоков кристалла.
Уменьшение размеров транзисторов, сопровождаемое снижением напряжения питания с 5 В до 2,5-3 В, увеличивает быстродействие и уменьшает выделяемую тепловую энергию. Все производители микропроцессоров перешли с проектных норм 0,35-0,25 мкм на 0,18 мкм и 0,12 мкм и стремятся использовать уникальную 0,07 мкм технологию:
2005 2006 2007 2010 2013 2016
DRAM, нм 80 70 65 45 32 32
МП, нм 80 70 65 45 32 32
Uпит, В 0,9 0,9 0,7 0,6 0,5 0,4
Р, Вт 170 180 190 218 251 288
2. Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памяти.
Решения: многоуровневая кэш-память, увеличение пропускной способности интерфейсов между процессором и кэш-памятью и конфликтующей с этим увеличением пропускной способности между процессором и основной памятью. Совершенствование интерфейсов реализуется как увеличением пропускной способности шин, так и введением дополнительных шин, расшивающих конфликты между процессором, кэш-памятью и основной памятью.
Наиболее используемое решение состоит в размещении на кристалле отдельных кэш-памятей первого уровня для данных и команд с возможным созданием внекристальной кэш-памяти второго уровня.
3. Увеличение количества параллельно работающих исполнительных устройств.
Каждое семейство микропроцессоров демонстрирует в следующем поколении увеличение числа функциональных исполнительных устройств и улучшение их характеристик, как временных (сокращение числа ступеней конвейера и уменьшение длительности каждой ступени), так и функциональных (введение ММХ - расширений системы команд и т.д.).
В настоящее время процессоры могут выполнять до 6 операций за такт, однако число операций с плавающей точкой в такте ограничено 2 или 4. Широко используются архитектуры с длинным командным словом – VLIW - объединение нескольких инструкций в одной команде (EPIC). Это позволяет упростить процессор и ускорить выполнение команд.
4. Системы на одном кристалле (SoC) и новые технологии.
В настоящее время получили широкое развитие SoC (System On Chip). Сфера применения SoC - от игровых приставок до телекоммуникаций. Такие кристаллы требуют применения новейших технологий.
Вопрос #30 – “Тенденции развития микропроцессоров ЦОС”
По прогнозам компаний-производителей (2001 год) дальнейшее развитие микропроцессоров - увеличения плотности транзисторов, исп. трехмерных транзисторов с тремя затворами, повышения тактовой частоты с уменьшением напряжения.
Можно выделить следующие классы микросхем:
СБИС с аппаратной реализацией алгоритмов обработки данных: микропроцессоры универсальные и сигнальные, а также микроконтроллеры;
микросхемы памяти: статические и динамические;
программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС).
Микропроцессоры и микроконтроллеры.
Основной характеристикой вычислительных микропроцессоров является наличие устройств для реализации операций с плавающей точкой, над 32- и 64-разрядными и более длинными операндами. В последнее время в состав микропроцессоров включаются блоки для обработки мультимедийной информации.
ЦСП предназначены для обработки в цифровых потоков. Это обусловливает сравнительно малую разрядность и преимущественно целочисленную обработку. Современные сигнальные процессоры способны проводить вычисления с плавающей точкой над 32—40-разрядиыми операндами. Кроме того, появился класс процессоров, представляющих собой законченные системы для обработки аудио- и видеоинформации.
Наибольшей специализацией и разнообразием функций обладают микроконтроллеры во встроенных системах управления.
ПЛИС.
ПЛИС - это матричные большие схемы, позволяющие программно скомпоновать в одном корпусе электронную схему, эквивалентную нескольким сотням интегральных схем стандартной логики. Технология ПЛИС обеспечивает рекордно короткий проектирования, максимальную гибкость модификации.
Основные производители выпускают микросхемы с архитектурой EPLD - многократно программируемые и FPGA (Field Programmable Gale Array) — многократно реконфигурируемые. Память в EPLD реализована через полупостоянное запоминающее устройство (ППЗУ) с ультрафиолетовым стиранием, а у FPGA - статическое запоминающее устройство.
Существует точка зрения, что ПЛИС вытеснят серийные микропроцессоры, т, к. пользователь может реализовать требуемую ему систему программными средствами, учитывая всю специфику своего приложения. Однако более вероятно другое направление развития СБИС, состоящее из интеграции ПЛИС и микропроцессоров. В ПЛИС встраиваются готовые блоки, разработанные фирмой-производителем, или IP-блоки, являющиеся блоками интеллектуальной собственности (Intellectual Property) других фирм. IP-блоки могут быть программными, в которых не фиксирована топология, и аппаратными, в которых топология фиксирована, что позволяет достигать высокой эффективности схемной реализации в большей степени защиты прав на интеллектуальную собственность.
Отличительной особенностью ПЛИС архитектуры FPGA является наличие поля конфигурируемых логических блоков (КЛБ) и блоков ввода/вывода, связанных между собой посредством коммутационных блоков.
Конфигурируемый логический блок — один из базовых элементов архитектуры ПЛИС FPGA — может выполнять любую логическую функцию, реализуемую таблицей преобразования (LUT) и соответствии с заданной битовой последовательностью (рис. 1.13). Изменять выполняемую функцию можно неограниченное количество раз путем загрузки другой битовой последовательности.
Направление развития микроэлектронных компонентов вычислительных систем
Для создания высокоэффективных вычислительных систем важно интегрировать па кристалле как можно больше функций по обработке и хранению данных, а также интерфейс с пользователем и другими вычислительными системами.
Стремление к нитрации совокупности функций обусловлено рядом факторов. Во-первых, при однокристальной реализации пропускная способность интерфейсов между подсистемами обработки и хранения данных не ограничивается количеством выводов корпуса кристалла и может достигать требуемого значения. Во-вторых, упрощается системная плата, на которую монтируется кристалл, уменьшается объем монтажных работ, повышаются показатели надежности и производительности вычислительной системы и уменьшается ее стоимость. В-третьих, снижаются требования к количеству выводов корпуса кристалла, т. к. минимизируется интерфейс с другими компонентами вычислительной системы, например с устройствами отображения информации И, наконец, в-четвертых, реализуются возможности миллионов транзисторов, которые могут быть размешены на кристалле. Эти транзисторы можно использовать как для построения специализированной системы, состоящей из совокупности проблемно-ориентированных блоков, так и для создания параллельных систем из совокупности одинаковых процессоров.
Наряду с созданием однокристальных систем, существует проблема организации быстрых интерфейсов между микросхемами в многокристальных сис-гемах. например между микросхемами процессора и памяти. В Pentium Pro эта проблема решается путем размещения в одном корпусе двух кристаллов: собственно микропроцессора и кэш-памяти второго уровня. Другое возможное решение эtoй проблемы заключается в создании многокристальных микросборок, в которых бескорпусные СБИС монтируются на кремниевой подложке с нанесенными, возможно, несколькими слоями межкристальных соединений.
Вопрос #31 – “Программное обеспечение микропроцессорных систем”
Особенность написания и отладки программного обеспечения для однокристальных микро-ЭВМ (микроконтроллеров) и процессоров цифровой обработки сигналов (ЦПОС) состоит в том, что для этого, как правило, совершенно недостаточно иметь системы, состоящей только из программируемого микроконтроллера или ЦПОС. Это связано с тем, что,
во-первых, как правило, ресурсов микроконтроллера (объема памяти, быстродействия) не достаточно для размещения и функционироввания даже простейших сервисных программ (редактора текста, транслятора и отладочного монитора) необходимых для написания и отладки программы, если она даже будет нвписана на Ассемблере;
во вторых, некоторые архитектурные особенности (раздельные области памяти для хранения программ и данных, устройства защиты памяти программ) микроконтроллеров затрудняют или делают просто невозможным редактирование (написание, отладку) программ, по которым они работают.
Все это заставляет при разработке программ для микроконтроллеров использовать специальные средства - называемыми инструментальными средствами разработки и отладки .
В случае построения средств разработки и отладки на базе универсального компьютера становится возможным существенно облегчить разработку программ - использовать языки высокого уровня - C, Паскаль, построить дружественный интерфейс, использовать принципы объектного и визуального программирования и пр. Рассмотрим различные варианты построения инструментальных средств разработки и отладки. К числу основных инструментальных средств отладки относятся:
Внутрисхемные эмуляторы;
Программные симуляторы;
Платы развития;
Мониторы отладки;
Эмуляторы ПЗУ.
Данный список не исчерпывает всех типов существующих инструментальных средств отладки. Кроме указанных, существуют и комбинированные устройства и наборы, которые позволяют компенсировать недостатки основных средств, взятых порознь.
Внутрисхемный эмулятор - программно аппаратное средство, способное замещать собой эмулируемый (моделируемый) процессор в реальной схеме. Внутрисхемный эмулятор - это наиболее мощное и универсальное отладочное средство.