Тема 1.5. Регистры микроконтроллера. Пространство ввода-вывода

Подобно всем компьютерным системам, микроконтроллеры имеют множество регистров, которые используются для управлением различными устройствами, подключенными к процессору. Это могут быть регистры процессора (аккумуля­тор, регистры состояния, индексные регистры), регистры управления (регист­ры управления прерываниями, регистры управления таймером) или регистры, обеспечивающие ввод-вывод данных (регистры данных и регистры управления параллельным, последовательным или аналоговым вводом-выводом). Обраще­ние к этим регистрам может производиться различными способами.

Реализуемые микроконтроллером способы обращения к регистрам оказыва­ют существенное влияние на их производительность. Поэтому очень важно по­нять, как происходит обращение к регистрам, чтобы писать эффективные при­кладные программы для микроконтроллеров. В процессорах с RISC-архитектурой все регистры (часто и аккумулятор) располагаются по явно задаваемым адресам. Это обеспечивает более высокую гибкость при работе процессора.

Используя процессор, который может непосредственно обращаться к любому регистру, можно получить преимущество при разработке простых прикладных программ. Например, в микроконтроллере PIC содержимое ак­кумулятора и регистра состояния не изменяется при передаче управления в зависимости от значения бита в регистре порта IOPort.

Одним из важных вопросов является размещение регистров в адресном про­странстве. В некоторых процессорах все регистры и RAM располагаются в од­ном адресном пространстве. Это означает, что память совмещена с регистрами. Такой подход называется «отображением устройств ввода-вывода на память».

В других процессорах адресное пространство для устройств ввода-вывода отделено от общего пространства памяти. Основное преимущество размеще­ния регистров ввода-вывода в отдельном пространстве адресов состоит в том, что при этом упрощается схема подключения памяти программ и данных к общей шине. Устройства ввода-вывода обычно занимают маленький блок ад­ресов, что делает неудобным декодирование их адреса совместно с большими блоками основной памяти. Отдельное пространство ввода-вывода дает некото­рое преимущество процессорам с Гарвардской архитектурой, обеспечивая воз­можность считывать команду во время обращения к регистру ввода-вывода.

Внешняя память

Несмотря на огромные преимущества использования внутренней встроен­ной памяти, в некоторых случаях необходимо подключение к микроконтрол­леру дополнительной внешней памяти (как памяти программ, так и данных).

Существует два основных способа подключения внешней памяти. Первый способ - подключение внешней памяти к микроконтроллеру, как к микропро­цессору. Многие микроконтроллеры содержат специальные аппаратные сред­ства для такого подключения. Второй способ состоит в том, чтобы подключить память к устройствам ввода-вывода и реализовать обращение к памяти через эти устройства программными средствами. Такой способ позволяет использовать простые устройства ввода-вывода без реализации сложных шинных интерфей­сов. Выбор наилучшего из этих способов зависит от конкретного приложения.

Лекция № 3-4.