8.Семейство 32-разрядных микроЭвм фирмы Motorola

8.1.Модульность архитектуры

О тличительной особенностью ОМЭВМ фирмы Motorola является модульная технология построения многофункциональных устройств на одном кристалле

Рис. 8.40. Состав модулей

8.2.CPU32

CPU32 является основным процессорным ядром для МК семейства МС68300. CPU32 базируется на ставшем индустриальным стандартом микропроцессоре МС68000 и обладает многими особенностями, присущими МС68010 и МС68020, а также имеет уникальные возможности, удобные для применения CPU32 в качестве высокопроизводительного контроллера. CPU32 был создан для того, чтобы обеспечить значительное повышение производительности по сравнению с уже существовавшими микроконтроллерами. Основные блоки CPU32 функционируют почти независимо друг от друга. Это максимально распараллеливает операции и в то же время обеспечивает синхронизацию исполнения инструкций с операциями на шине. Отвечая повышенным требованиям к производительности, CPU32 сохранил совместимость по кодам инструкций с процессорами семейства МС68000. Простота программирования - важная черта в использовании микроконтроллера. Среди команд доминируют инструкции, реализующие принцип взаимодействия "регистр-память". Командам доступны все необходимые данные без ограничений их формата - биты, байты, 16-разрядные слова и длинные 32-разрядные слова. CPU32 совместим на уровне исходного текста и объектного кода с МС68000 и МС68010. Все программы пользовательского режима для этих процессоров могут исполняться CPU32без всяких изменений.

8.2.1.Основные характеристики cpu32:

• 32-битное АЛУ и внутренняя шина данных;

• 24-битная внешняя шина адреса;

• восемь 32-разрядных регистров данных назначения;

• семь 32-разрядных адресных регистров назначения;

• раздельные адресные пространства и указатели стека для пользовательского и привилегированного режимов;

• раздельные пространства программ и данных;

• многоуровневая обработка прерываний;

• полная совместимость снизу вверх с семейством МС68000;

• реализованная поддержка внешнего контроллера виртуальной памяти MMU;

• режим циклического исполнения инструкций;

• быстрые команды умножения, деления и сдвига;

• быстрый шинный интерфейс с динамическим изменением ширины;

• усовершенствованная обработка исключительных ситуаций;

• расширенные режимы адресации:

• индексный с предекрементом/постинкрементом,

• косвенный по адресному регистру с индексом и базовым смещением,

• расширенные режимы ветвления относительно

• РС с использованием 32-разрядного смещения;

• улучшенный набор команд:

• умножение и деление высокой точности,

• команда ТКАР по коду условия,

• проверка на нижнюю и верхнюю границы массива,

• улучшенная команда ВКРТ;

• отслеживание ветвления программы;

• команда табличной интерполяции;

• инструкция LPSTOP - останов с малым энергопотреблением;

• аппаратный BREAKPOINT, режим фоновой отладки;

• тактовая частота до 25 МГц в температурном диапазоне от -40 до +125 градусов Цельсия;

• полностью статическая технология.

8.2.2.Программная модель

С точки зрения программиста CPU32 состоит из двух групп регистров: пользовательских и супервизорных, относящихся, соответственно, к пользовательскому и привилегированному режимам (Рис. 8 .41). Пользовательская программная модель остается неизменной для всех микропроцессоров семейства 68000. Супервизорная программная модель постоянно совершенствуется и развивается в каждом новом представителе семейства 68000, предоставляя новые возможности. Таким образом два режима работы процессора обеспечивают полную программную переносимость пользовательского программного обеспечения на любое поколение микропроцессоров 68000 и возможность развития и эволюции самих микропроцессоров и операционных систем, базирующихся на них.

Программы, исполняемые на уровне привилегий пользователя, могут использовать лишь первую группу регистров. В привилегированном режиме исполняется системное программное обеспечение, которое использует регистры, доступные только в супервизорном режиме, для управления системными ресурсами. Привилегированный режим обладает высшим приоритетом, по сравнению с пользовательским. На пользовательском уровне привилегий доступно исполнение не всех инструкций, но любая из них может быть выполнена в привилегированном режиме. Такая схема позволяет разделить системный и прикладной уровни так, что операционная система может защитить системные ресурсы от бесконтрольного доступа к ним. Для определения текущего уровня привилегий и того, какой регистр, USP или SSP, использовать для операций со стеком, процессор использует бит "S" в статусном регистре.

Супервизорная модель дополняет пользовательскую и используется исключительно системными программистами для реализации функций операционной системы. Доступ к специальным функциям CPU32 возможен только в супервизорном режиме. Все программное обеспечение пользовательского уровня, переносится на CPU32 с любой платформы на базе процессоров семейства МС68000.