Классификация контроллеров. Сферы применения 32-разрядных контроллеров

Контроллеры направлены на минимальную стоимость устройства в целом. Классификация контроллеров по разрядности:

1. 8-разрядные (наиболее выпускаемые);

2. 16-разрядные (быстродействующие);

3. 32-разрядные (довольно простые, быстродействующие).

Сферы применения:

1. – везде;

2. – поуже;

3. – специализированная.

Области применения 32-разрядных контроллеров:

1. миниатюрные и сверхминиатюрные компьютеры;

2. автомобильные и сетевые PC, которые требуют управления виртуальной памятью и стандартной периферией + сниженное энергопотребление;

3. приставки для видеоигр, требующие высокой графической производительности;

4. сотовые телефоны и мобильные персональные коммутаторы, предъявляемые к процессорам требования к повышенной мощности;

5. модемы, факсы и принтеры, требующие дешевых компонентов;

6. телевизионные приставки – декодеры и проигрыватели видеодисков (DVD);

7. цифровые камеры (фото и видео).

32-разрядные контроллеры выпускают более 20 различных фирм, основные представители которых: Motorola,Sun,ARM,Hitachi,AMD. Контроллеры можно классифицировать и по производительности.

Критерии существенные для контроллеров:

1. соотношение цена/производительность;

2. потребляемая мощность

большинство контроллеров имеют несколько режимов:

а) оперативный (на полную мощность);

б) резервный (с низко потребляемой мощностью);

в) режим с отключенным генератором частоты (спящий режим);

3. плотность кода;

4. интеграция периферийных устройств.

Обзор 8-разрядных контроллеров

Архитектура Intel	Motorola	MCS 51
	Philips	PCFxxx	Семейства
	Dallas	DS xxx
	Atmen	AT89	Низкая стоимость, наличие flash-памяти программ
Архитектура AVR	Atmen	AT90
	Microchip	PIC

13.09.2000

Общая структура контроллеров семейства mCs-51i8x51

Это семейство состоит из разновидностей, отличающихся по составу внутренних устройств, энергопотреблению, объёму памяти, типу исполнения ПЗУ и типу корпуса. Структурная схема для 8051AHи8751H:

Рг временного хранения

Порт 0

Счётчик команд

Память программ 4kx8

Порт 2

Рг аккумулятора

Рг состояния программы

аккумулятор

Рг B

Блок управления

Таймер/Счётчик 0,1

Порт 1

Порт 3

Последовательный интерфейс, периферия

Микросхема имеет 40 выводов: 32 линии ввода-вывода; 2 – нулевое питание; 2 – общий генератор; линия RST– общий сброс; линияALE– фиксация адреса(для работы с внешней памятью); линияPME– выборка внешней программы памяти; линияDEMA–блокировка работы с внутренней программной памятью(для отладки программ).

Контроллеры имеют расширяемую архитектуру: при необходимости увеличения объёма памяти программ или данных можно подключить соответственно внешние ПЗУ или ОЗУ, а также большое количество внешних устройств.

Аппаратная и программная реализация обращения к памяти различны. Используются разные сигналы чтения и разные команды. Т.е. адресное пространство разных типов памяти разделено по 64кбайтов.

Альтернативные функции порта 3 (P3.)

Биты	Обозначение	Назначение
P 3.0	R x D	Вход последовательного порта УАПП (универсальный асинхронный приемопередатчик)
P 3.1	T x D	Выход УАПП
P3.2	INT0	Внешний запрос прерывания №0
P3.3	INT1	Внешний запрос прерывания №1
P3.4	T0	Вход счётчика внешних событий Т/С 0
P3.5	T1	Вход счётчика внешних событий Т/С 1
P3.6	WR	Строб записи во внешнюю память данных
P3.7	RD	Строб чтения с внешней памяти данных

Устройство выработки внешних интервалов предназначено для формирования внутренних синхросигналов: фаз, тактов и циклов. Количество машинных циклов определяет продолжительность выполнения команд. Максимальная частота Fq=12 МГц, длительность машинного цикла 12 тактов, т.е. при выполнении команды за один цикл производительность = 1MIPS. Все команды выполняются за 1 или 2 машинных цикла, операцииMulиDiv– за 4 машинных цикла.

18.09.2000

Отличительная черта системы команд контроллеров – возможность манипулировать не только байтами, но и отдельными битами. Наличие команд для работы с отдельными битами называется булевым процессором.

Внутреннее устройство контроллера:

 Два 16-ти разрядных таймера-счётчика предназначены для подсчёта внешних событий, получения программно-управляемых временных задержек, выполнения времязадающих функций. Содержимое счётчика инкрементируется каждой машиной за цикл при работе от внутреннего генератора. При переходе из всех единиц в нули устанавливается флаг переполнения, и могут вызываться прерывания.

 Последовательный порт является универсальным асинхронным приемопередатчиком и может работать в четырёх режимах на разных частотах. Может работать на стандартные интерфейсы RS232 и другие.

 В контроллер возможна обработка до пяти прерываний: 2 внешних, 2 от таймера и 1 от последовательного порта. Каждое может отдельно маскироваться, используется два уровня приоритета прерываний. Обработка прерывания начинается с индивидуального адреса.

 Внутренняя память данных состоит из двух областей:

1. память общего назначения (РОН);

2. регистры специальных функций (SFR).

Адрес	Обозначение	Назначение
00 – 07h	R0 – R7	Банк данных 0
08 – 0fh	R0 –R7	Банк данных 1
10 – 17h	R0 – R7	Банк данных 2
18 – 1fh	R0 –R7	Банк данных 3
20 – 2fh		Байты и прямоадресные биты
30 – 7fh		Байты
Регистры специальных функций
80h	P0*	Порт 0
81h	SP	Указатель стека
82h	DPL	Указатель данных (предназначен для работы с внешней памятью)
83h	DPH
87h	PCON	Управление энергопотреблением
88h	TCON*	Регистры управления таймеров/счётчиков
89h	TMOD	Регистр режимов таймеров/счётчиков и прерываний
8Ah	TL0	Младший байт содержимого Т/С 0
8Bh	TL1	Младший байт содержимого Т/С 1
8Ch	TH0	Старший байт содержимого Т/С 0
8Dh	TH1	Старший байт содержимого Т/С 1
90h	P1*	Порт 1
98h	SCON*	Регистр управления портом
99h	SBUF	Буфер последовательного порта
A0h	P2*	Порт 2
A8h	IE*	Регистр динамических прерываний
B0h	P3*	Порт 3
B8h	IP*	Регистр приоритетов прерываний
D0h	PSW*	Регистр состояния программы
E0h	ACC*, A*	Аккумулятор
F0h	B*	Дополнительный РОН

* означает, что данному байту можно обращаться побитно.