Микропроцессорная техника / Конспект лекций

обработки прерывания. В этом случае при выполнении команды RETI

микроконтроллер переключится в другой режим работы.

2.4. Принципы программирования устройств с низким

энергопотреблением

В большинстве случаев наиболее действенным методом снижения энергопотребления является максимизация времени пребывания микроконтроллера в режиме LPM3. Типовое потребление тока в этом режиме составляет менее 2 мкА при включенной схеме часов реального времени и полностью активированной системе прерываний. Для формирования тактового сигнала ACLK используется

«часовой» кварц частотой 32 кГц, а ЦПУ тактируется от DCO (выключенного большую часть времени), время выхода на режим которого составляет 6 мкс.

1.Используйте прерывания для «пробуждения» процессора и управления ходом выполнения программы.

2.Включайте периферийные устройства только по необходимости.

3.Используйте вместо программно реализуемых функций встроенные периферийные модули с низким энергопотреблением. Например, Таймер А и Таймер B могут генерировать сигнал с ШИМ и осуществлять захват вне шних сигналов автоматически, без использования ресурсов ЦПУ.

4.Используйте вычисляемые переходы и быстрые табличные вычисления вместо опроса флагов и длительных программных вычислений.

5.Постарайтесь избегать частых вызовов подпрограмм, чтобы снизить накладные расходы.

6.В длинных подпрограммах для хранения данных следует использовать регистры ЦПУ, обращение к которым производится за один такт.

22

316-БИТНОЕ RISC ЦПУ MSP430

3.1.Введение в ЦПУ

ЦПУ MSP430 обладает рядом возможностей, специально предназначенных для поддержки современных методов программирования, таких как вычисляемые переходы, табличные вычисления, а также использование языков высокого уровня,

вчастности, языка Си. Центральный процессор может адресовать память во всём диапазоне адресов без разбиения её на страницы.

ЦПУ MSP430 имеет следующие особенности:

-RISC архитектура, поддерживающая 27 команд и 7 режимов адресации;

-ортогональная архитектура — с каждой из команд может использоваться любой режим адресации;

-полная доступность регистров, включая счётчик команд, регистры состояния и указатель стека;

-однотактные регистровые операции;

-большой 16-битный регистровый файл, уменьшающий количество обращений к памяти;

-16-битная шина адреса, обеспечивающая прямой доступ и ветвление во всём диапазоне адресов;

-16-битная шина данных, позволяющая напрямую оперировать 2 байтными значениями;

-генератор констант формирует шесть наиболее часто используемых значений, уменьшая размер кода;

-прямой обмен данными между ячейками памяти без промежуточной записи

врегистр;

-одно и двухбайтные адресация и форматы команд. Блок схема ЦПУ приведена на рис. 3.1.

3.2.Регистры ЦПУ

Центральный процессор содержит шестнадцать 16 битных регистров.

Регистры R0, R1, R2 и R3 имеют специальные функции. Регистры с R4 по R15

являются рабочими регистрами общего назначения.

3.2.1. Счётчик команд (PC)

16 битный счётчик команд (PC/R0) указывает на следующую команду,

которая будет выполняться. Каждая команда занимает в памяти чётное число байтов (два, четыре или шесть), и на это же значение инкрементируется счётчик команд. Выборка команд осуществляется пословно, при этом счётчик команд

23

указывает на чётные адреса. Формат счётчика команд PC приведён на рис. 3.2.

Счётчик команд может быть адресован всеми командами с использованием любого режима адресации.

Рисунок 3.1 – Блок схема ЦПУ

Рисунок 3.2 – Счётчик команд

24

3.2.2. Указатель стека (SP)

Указатель стека (SP/R1) используется ЦПУ для сохранения адресов возврата из подпрограмм и прерываний. При этом он изменяется по предекрементной /

постинкрементной схеме. Кроме того, указатель стека может использоваться со всеми командами и любыми режимами адресации. Формат указателя стека SP

приведён на рис. 3.3. Указатель стека инициализируется (устанавливается на заданную ячейку ОЗУ) пользователем и выравнивается по чётным адресам.

Рисунок 3.3 – Указатель стека

3.2.3. Регистр состояния (SR)

Использовать регистр состояния (SR/R2) в качестве регистра источника или регистра приёмника могут только команды, оперирующие двухбайтными значениями и только при использовании режима регистровой адресации. Прочие комбинации режимов адресации используются для поддержки генератора констант. Формат регистра состояния SR приведён на рис. 3.4.

Рисунок 3.4 – Формат регистра состояния

Назначение битов регистра SR описано в табл. 3.1.

25

3.2.4. Регистры генератора констант CG1 и CG2

С помощью регистров генератора констант R2 и R3 генерируются шесть часто используемых значений. Выбор конкретной константы осуществляется изменением режима адресации регистра источника (As) в соответствии с табл. 3.2.

Таблица 3.2 – Значения, формируемые генератором констант

Преимущества генератора констант:

-не требуются особые команды;

-не требуется дополнительное слово памяти программ для хранения константы;

-не требуется обращаться к памяти программ для загрузки константы.

Ассемблер автоматически использует генератор констант, если любая из шести указанных констант служит в качестве непосредственного операнда источника. Если регистры R2 и R3 используются в режиме генерации констант, их нельзя адресовать явно — они выступают только в качестве источников.

26

28

4 МОДУЛЬ СИНХРОНИЗАЦИИ BASIC CLOCK MODULE+

4.1. Введение

Модуль синхронизации Basic Clock Module+ позволяет снизить стоимость конечной системы и обеспечивает сверхнизкое потребление устройства. Используя один из трёх тактовых сигналов, формируемых модулем, пользователь может добиться оптимального соотношения производительности и энергопотребления.

Модуль синхронизации может быть программно сконфигурирован для работы без использования дополнительных внешних элементов, с одним внешним резистором,

с одним или двумя внешними кварцевыми или керамическими резона торами.

Модуль синхронизации содержит три или четыре источника тактового сигнала:

-LFXT1CLK — низкочастотный/высокочастотный генератор, который может работать с «часовым» кварцевым резонатором или внешним сигналом частотой 32 768 Гц или же с обычными кварцевыми/керамическими резонаторами или внешним сигналом синхронизации частотой от 400 кГц до 16 МГц.

-XT2CLK — опциональный высокочастотный генератор, который может работать с обычными кварцевыми/керамическими резонаторами или внешним сигналом синхронизации частотой от 400 кГц до 16 МГц.

-DCOCLK — встроенный генератор с цифровым управлением (DCO).

-VLOCLK — встроенный низкочастотный генератор с очень низким потреблением, работающий на частоте 12 кГц.

Модуль синхронизации формирует три тактовых сигнала:

- ACLK — вспомогательный тактовый сигнал. Источник выбирается программно: LFXT1CLK или VLOCLK. Посредством делителя частота сигнала от выбранного источника уменьшается в 1, 2, 4 или 8 раз. Сигнал ACLK может программно назначаться для отдельных периферийных модулей.

MCLK — основной тактовый сигнал. Источник выбирается программно: LFXT1CLK, VLOCLK, XT2CLK (если имеется в конкретной модели) или

DCOCLK. Посредством делителя частота сигнала от выбранного источника уменьшается в 1, 2, 4 или 8 раз. Сигнал MCLK используется для тактирования ЦПУ и системы.

SMCLK — дополнительный тактовый сигнал. Источник выбирается программно: LFXT1CLK, VLOCLK, XT2CLK (если имеется в конкретной модели)

или DCOCLK. Посредством делителя частота сигнала от выбранного источника уменьшается в 1, 2, 4 или 8 раз. Сигнал SMCLK может программно назначаться для отдельных периферийных модулей.

Блок схема модуля синхронизации приведена на рис. 4.1.

29