Лабораторная работа №2 описание архитектуры микроконтроллера i80c196kc и макроассемблера mcs-96
Цель работы: приобретение начальных навыков
программирования микроконтроллера I80ХC196KC
1.Общие сведения
1.1. Обзор архитектуры
На рис.2.1. приведена структурная схема микроконтроллера 8XC196KC. Устройство имеет 16-разрядный центральный процессор (CPU), который соединяется и с контроллером прерывания (Interrupt Controller) и c контроллером памяти (Memory Controller) через шину центрального процессора. Эта шина соединяет CPU с внутренними периферийными модулями. Кроме того, 8 бит шины центрального процессора передают байты команды из контроллера памяти в регистр команды в регистровом арифметико-логическом устройстве ( RALU).
Основные параметры микроконтроллера 8XC196KC следующие:
Адресуемое пространство памяти - 64 Кб;
Внутренняя оперативная память (ОЗУ) - 488 байт (данные);
Внутреннее постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
- 16 Кб;
Максимальная тактовая частота - 20 MГц .
CPU содержит RALU и регистровый файл RF (Register File). CPU работает под управлением микропрограммы, которая инструктирует, чтобы RALU выполнял операции используя байты, слова, двойные слова или из 256-байтового нижнего RF или через окно, на которое непосредственно обращается верхний RF. Команды центрального процессора поступают из четырех-байтовой очереди команд (4-Byte Queue), расположенной в контроллере памяти, в регистр команды RALU (Instruction Register). Дешифратор команд ME (Microcode Engine) дешифрирует команды и затем генерирует управляющие сигналы для осуществления действий, заданных командой .
1.2. Внутренние периферийные устройства
I80XC196KC содержит следующие внутренние периферийные модули, которые обеспечивают специальные функции для ряда прикладных задач:
- стандартные порты ввода-вывода (Port 0, 1, 2, 3, 4);
- последовательный порт ввода-вывода (Serial Port);
- быстродействующий модуль ввода-вывода HSIO (High-
Speed I/O);
- аналогово-цифровой преобразователь ADC
(А/D Converter);
- широтно-импульсный модулятор PWM (Pulse-Width
Modulator);
- сторожевой таймер WDT (WatchDog Timer).
1.3. Параметры синхронизации
Тактовый генератор делит на два опорную частоту и вырабатывает два внутренних временных сигнала PH1 и PH2. ( рис.2.2.). Активный уровень сигналов - высокий. По переднему фронту PH1 и PH2 генерируется CLKOUT,- выход внутреннего генератора часов. Объединенный период PH1 и PH2 определяет базисную единицу времени, известную как время состояния или просто состояние. Лабораторные работы проводятся на платформах, с опорной частотой 8 Мгц, поэтому одно время состояния составляет 250 ns.
Рис.2.2
1.4.Карта памяти микроконтроллера i80хc196kc
1.4.1. Основные разделы памяти
Устройство имеет 64 Килобайта адресуемого пространства памяти, наибольшее количество которого доступно для хранения как данных так и кодов программ. Каждая ячейка памяти занимает один байт.
На рис.2.3 приведены основные разделы памяти.
В табл.2.1 приведены адреса памяти 8XC196KC, начальные и конечные адреса разделов в шестнадцатеричной системе счисления.
Табл.2.1
|
Внешняя память или ввод-вывод (External Memory or I/O) |
6000H-0FFFFH |
|
Память для программ PM (Program Memory) (*) |
2080H-5FFFH |
|
Память специального назначения SPM (Special Purpose Memory) (*) |
2000H-207FH |
|
Порты 3 и 4 Port 3, Port 4) (**) |
1FFEH-1FFFH |
|
Внешняя память EM External Memory) |
200H-1FFDH |
|
Файловый регистр RF (включает SFRs) (Register File) |
0H-1FFH |
Примечания:
*). Размещается или во внутреннем ПЗУ или во внешней памяти
**). Порты 3 и 4 адресуемы только как слово. (Порт 3 - младший байт; Порт 4 - старший байт). Эти порты функционируют или(и) как порты ввода - вывода, или(и) как системная шина адреса / данных, - в зависимости от значения сигнала EA# при сбросе.
Для организации связи микроконтроллера с PC в ПЗУ прошита программа "Монитор", которая позволяет читать и записывать информацию из(в) контроллера, запускать программу пользователя и выполнять ее в пошаговом режиме и с точками останова. Когда устройство сбрасывается, CPU выбирает и затем выполняет команду из ячейки 2080H, начиная с которой и расположена программа-монитор. В связи с этим, накладываются некоторые ограничения на использование ресурсов микроконтроллера: файлового регистра и внешнего ОЗУ, которые будут описаны ниже.
Память специального назначения размещается в адресах 2000H-207FH. Она содержит несколько зарезервированных ячеек памяти, вектора для стандартных прерываний и для периферийной станции транзакции (PTS), ключ защиты, и байт конфигурации чипа (CCB).
Для загрузки и выполнения программ пользователя микроконтроллер должен иметь внешнее ОЗУ. Внешнее ОЗУ в данной конфигурации платформы, на которой выполняются лабораторные работы, расположено по адресам 8000h-FFFFh.
Область памяти внешнего ОЗУ с адресами 8060h-809Fh зарезервирована под "Монитор". Она необходима для сохранения состояния регистров специального назначения и программы пользователя.
Для того чтобы пользователь мог использовать систему прерываний, все ее вектора (за исключением TRAP - прерывания, адрес вектора 2010h) вынесены в область внешнего ОЗУ. Вектора прерываний размещаются с такими же смещениями относительно базового адреса (8000h), как и в ПЗУ (базовый адрес 2000h).
Для размещения программ и данных доступно все адресное пространство ОЗУ, за исключением тех областей, которые были описаны выше (адреса 8000h-809Fh).