Organizace paměti Microcontroller

I / O porty

Časovače čítače

Přerušení

Analog-digitální konvertor

Komunikační rozhraní

• Univerzální synchronní asynchronní USArt transceiver

Video kurz pro programování mikrokontroléry STM32

Mikroprocesorsoftware a řízené zařízení, které implementuje proces zpracování digitálních informací a řídí je je volán. Mikroprocesor je implementován jako velký (bis) nebo super-velký (SBI) integrální čip. Mikroprocesor provádí roli procesoru v digitálních systémech pro různé účely.

Hlavním rysem mikroprocesoru je možnost programování logiky práce.

Mikrokontrolér (MCU) - MicroCIRCUIT určený pro řízení elektronických zařízení. Typický mikrokontrolér kombinuje funkce procesoru a příslušenstvíMůže obsahovat RAM a ROM. V podstatě se jedná o jednobartický počítač schopný provádět jednoduché úkoly. Použití jediného čipu namísto celé sady, jako v případě běžných procesorů používaných v osobních počítačích, významně snižuje velikost, spotřebu energie a náklady zařízení postavených na základě mikrokontrolérů.

Mikroprocesorový systém (MPS) Jedná se o funkčně dokončený produkt skládající se z jedné nebo více zařízení, zejména mikroprocesorů: mikroprocesorů a / nebo mikrokontroléru.

Mikroprocesorové zařízení (MPU) je funkční a konstruktivní dokončená produkt skládající se z několika mikroobvodů, který obsahuje mikroprocesor; Je určen k provedení specifické sady funkcí: potvrzení, zpracování, přenos, konverze a řízení informací.

Hlavní výhody mikroprocesorových systémů Ve srovnání s digitálními systémy na "tvrdé logice".

• Multifunkčnost: velké množství Funkce lze implementovat na jedné databázi prvků.
• Flexibilita: Možnost korekce a úpravy mikroprocesorového programu pro implementaci různé režimy Systémová práce.
• Kompaktnost: Miniaturní rozměry čipu a snížení množství ve srovnání s implementací na "tuhé logice" umožňují snížit rozměry zařízení.
• Zvýšená imunita hluku: Pro zlepšení spolehlivosti zařízení přispívá méně pojivových vodičů.
• Výkon: Schopnost aplikovat velké provozní frekvence a složitější algoritmy zpracování informací.
• Ochrana informací: Schopnost chránit mikroprocesorový program od čtení vám umožňuje chránit vývojáře autorských práv.

Ačkoli mikroprocesor je univerzální prostředek pro zpracování digitálních informací, ale samostatné aplikace vyžadují realizaci určitých specifických variant jejich struktury a architektury. Proto jsou dvě třídy přidělovány funkčním znakem: mikroprocesory obecný účel a specializované mikroprocesory. Mezi specializovanými mikroprocesory byly mikrokontroléry nejvíce široce distribuovány, určeny k provádění řídicích funkcí různých objektů a procesorů digitálního signálu (DSP - procesor digitálního signálu), které jsou zaměřeny na realizaci postupů, které poskytují nezbytnou konverzi analogové signályv digitální podobě.

Neúplný seznam periferií, které mohou být přítomny v mikrokontrolérech, zahrnuje:

• různé I / O rozhraní, jako je UART, I²C, SPI, CAN, USB, Ethernet;
• analog-digitální a digitální analogové měniče;
• komparátory;
• zeměpisné a pulzní modulátory;
• Čítače časovače;
• hodinový frekvenční generátor;
• regulátory displejů a klávesnic;
• integrovaná flash paměťová pole.

Myšlenka umístění na jeden krystal mikroprocesorových a periferních zařízení patří inženýrům M. Kochen a G. Bun, Texas Instruments zaměstnanců. První mikrokontrolér byl 4-bitový TMS1000 z Texas nástrojů, které obsahovalo RAM (32 bytů), ROM (1 kb), hodiny a podpora pro I / O. Vydáno v roce 1972, měl nový způsob, jak přidat nové pokyny přidat nové pokyny.

V roce 1976 (5 let po vytvoření prvního mikroprocesoru) se objevil první mikrokontrolér intel., Kromě centrálního procesoru bylo 1 kilobyty paměťových paměťových programů, 64 datových paměťových bajtů, dva osmibitové časovače, generátor hodin a 27 I / O porty. Mikrokontroléry rodiny 8048 byly použity v aplikaci Magnavox Odyssey Game Console Console Prefix, v prvních klávesnicích IBM PC a v řadě dalších zařízení.

Dnes velké výrobci Mikrokontroléry by měly být uvedeny Atmel, Microchip, St Microelectronics, Texas Instruments, Semiconductor Freescale, NXP atd.

Microcontroller. - Jedná se o speciální mikroobvodu určený pro řízení různých elektronických zařízení. Mikrokontroléry se poprvé objevili ve stejném roce jako celkové mikroprocesory (1971).

Vývojáři Microcontroller přišli s vtipným nápadem - kombinovat procesor, paměť, ROM a periferie uvnitř jednoho případu, externě podobný obvyklému čipu. Od té doby má výroba mikrokontrolérů každý rok mnohokrát vyšší než výroba procesorů, a potřeba nich není snížena.

Mikrokontroléry produkují desítky firem a nejen moderní 32bitové mikrokontroléry, ale také 16, a dokonce 8-bit (jako I8051 a analogy) jsou vyrobeny. Uvnitř každé rodiny můžete často najít téměř stejné modely, které se liší rychlostí CPU a množství paměti.

Mikrokontroléry, zpravidla nefunguje samostatně, ale je bezproblémové, kde se kromě It, jsou připojeny vstupy klávesnice, různé senzory atd.

Software Microcontroller může přitáhnout pozornost těch, kteří milují "honit bits", protože obvykle paměť v mikrokontroléru je od 2 do 128 kb. Pokud je méně, pak napište na assembler nebo forte, pokud existuje příležitost, používáte speciální verze Beysik, Pascal, ale většinou - SI. Před konečným programem mikrokontrolér je testován v emulátorech - software nebo hardwaru.

Může nastat otázka: mikroprocesor a mikrokontrolér je jen jiný název stejného zařízení, nebo je to všechny stejné různé věci?

Mikroprocesor Jedná se o centrální zařízení jakéhokoliv počítače, který provedl integrovanou technologií. Samotné jméno naznačuje, že se vyskytují výpočetní procesy. Aby počítač z něj, i když není příliš moderní a výkonný (pamatujte si amatérské struktury rádia 86 nebo Sinclair), musí být doplněna externími zařízeními. Nejprve se jedná o RAM a porty pro zadávání informačního výstupu.

Mikrokontrolér má procesor, paměťovou paměť, paměťovou paměť a kromě toho celé sady periferních zařízení, která převádí procesor do plnohodnotného počítače. Podle staré terminologie sovětských časů byly taková zařízení nazývána s jedním křišťálem micro počítačem. Ale sovětská výpočetní technika, jak víte, šla do slepé konce a s tím a om omouv.

Zámořská výpočetní technika nemohla stát, takže OMES se stala známými jako regulátory (z angličtiny. Kontrola - správa, řízení). A ve skutečnosti se regulátory ukázaly být velmi vhodný pro správu různých technik, ani velmi obtížné.

Mikrokontrolér již není procesor, ale ne počítač.

Hlavní kalkulačka je hlavní procesor existující v každém počítači. Ačkoli počítač není určen výhradně pro výpočetní zatížení, procesor je v něm prvek hlavy. Ale nejen počítač má procesor.

Pokud přemýšlíte a podíváte se, můžete zjistit, že procesory se používají ve většině domácích spotřebičů. Pouze nejsou takové procesory jak v počítači, ale mikroprocesory a dokonce i mikrokontroléry.

Co je tedy mikrokontrolér a co se liší od skutečného procesoru nebo jsou zcela jiné elektronické komponenty?

Velké integrované čipy nebo čipy s velkým stupněm integrace a zpracovatelů. Mikroprocesory jsou v podstatě stejné procesory, ale díky předběžnému "mikro" určují jejich podstatu, že jsou miniaturní jejich "velký" kolega. Ve svém historickém čase, procesor s jeho velikostí by nemohl vzít jednu místnost, je vhodné je nazvat jako vyhynulé dinosauři makro-procesory, takže jsou nějakým způsobem zefektivnit v moderní elektronické koncepci.

Snížená v rozměrech a uspořádaný procesor trvá méně místa a může být umístěn ve kompaktním produktu, jedná se o mikroprocesor. Samotný procesor je však málo schopný dělat, kromě údajů, které budou vpřed mezi registry a provádět některé aritmetické a logické akce na nich.

Aby mikroprocesor odesílal data do paměti, musí být tato paměť přítomna buď na samotném krystalu, na kterém je umístěn samotný procesorový prvek, nebo se připojit k vnějšímu beranovému beru jako samostatný krystal nebo modul.

Kromě paměti musí procesor interagovat s externími zařízeními - periferie. V opačném případě, jaký přínos lze očekávat od provozu procesoru, míchání a pohybu dat tam a zde. Význam dochází, když procesor interaguje s I / O zařízeními. Počítač má klávesnici, manipulátor myši a zobrazovací zařízení jako displej, volitelně tiskárnu a například skener znovu zadat informace.

Pro kontrolu I / O zařízení jsou jistě nezbytné vhodné pufrové schémata a prvky. Na základě je implementovány rozhraní tzv. Hardware. Způsoby pro interakci s prvky rozhraní zahrnují přítomnost I / O portů, dekodérů adres a formátů pneumatik s vyrovnávacími schématy, aby se zvýšila nosnost mikroprocesoru.

Integrace procesoru se všemi potřebnými dalšími prvky, aby byl tento produkt nalit do některých dokončených konstruktivních a vede k tvorbě mikrokontroléru. Mikrocircuit nebo mikrokontrolér čip implementuje obvody procesoru a rozhraní na jednom krystalu.

Sebe-dostatečný čip, který obsahuje téměř všechno, stačí stavět kompletní produkt a existuje příklad typického mikrokontroléru. Například, elektronické hodiny zápěstí nebo budík mají uvnitř mikrokontroléru, což implementuje všechny funkce takového zařízení. Samostatná periferní zařízení jsou připojena přímo k nohám mikrokontroléru čipu nebo další prvky nebo mikroobvody jsou sdíleny malou nebo střední integrací.

Mikrokontroléry jsou široce používány ve výrobcích, které obsahují celý systém zcela v jednom miniaturním mikroobvodu, často nazývané microsite. Například "čip" kreditní karta obsahuje mikrokontrolér uvnitř plastu. Také uvnitř sama obsahuje mikrokontrolér. A příklady použití a použití mikrokontrolérů jsou tak rozsáhlé v moderním světě, což je snadné detekovat přítomnost regulátoru v každém malém inteligentním zařízení z dětských hraček bezdrátová sluchátka Mobilní telefon.

Přemýšlejte také na našich stránkách:

Viz také na toto téma Vzdělávací video Kurzy Selivanov Makchima:

Kuřata pro ty, kteří jsou již obeznámeni se základy elektroniky a programování, kdo zná základní elektronické komponenty sbírání jednoduché schémataVím, jak udržet pájecí železo a chce jít do kvalitativně nové úrovně, ale neustále odkládá tento přechod kvůli potížím ve vývoji nového materiálu.

Kurz je úžasný a ti, kteří nedávno nedávno provedli první pokusy o studium programování mikrokontrolérů, ale už je připraven přestat všechno od toho, co nefunguje ani nefunguje, ale ne tak, jak potřebuje (známý?!).

Kurz bude užitečný a ti, kteří již sbírají jednoduché (a nemusí příliš) schémata na mikrokontroléru, ale špatně pochopí podstatu, jak mikrokontrolér funguje a jak interaguje s externími zařízeními.

Kurz je věnován školení pro programovací mikrokontroléry v jazyce SI. Výrazný rys předmětu je studium jazyka na velmi hluboké úrovni. Školení dochází na příkladu mikrokontroléru AVR. V zásadě však bude vhodný pro ty, kteří používají jiné mikrokontroléry.

Kurz je určen pro připravený posluchač. To znamená, že základní základy informatiky a elektroniky a mikrokontroléry nejsou zvažovány. Bylo by však nutné zvládnout kurz bude potřebovat minimální znalost programování mikrokontroléru AVR v libovolném jazyce. Znalost elektroniky jsou žádoucí, ale ne povinné.

Kurz je ideální pro ty, kteří právě začali studovat programování AVR. Mikrokontroléry v jazyce C a chtějí prohloubit své znalosti. Dobře vyhovuje těm, kteří vědí, jak programovat mikrokontroléry v jiných jazycích. A je stále vhodný pro běžné programátory, kteří chtějí prohloubit znalosti v jazyce C.

Tento kurz pro ty, kteří nechtějí omezit do jejich vývoje jednoduché nebo připravené příklady. Kurz je ideální pro ty, kteří jsou důležití pro vytváření zajímavých zařízení s úplným chápáním, jak fungují. Kurz je vhodný pro ty, kteří jsou již obeznámeni s programováním mikrokontrolérů v jazyce SI a těch, kteří je již dlouho naprogramovali.

Průběh kurzu je zaměřen především na praxi použití. Následující témata se uvažují: Radiofrekvenční identifikace, přehrávání zvuku, výměna bezdrátových dat, práce s barevnými tft displeje, dotyková obrazovka, pracovat s souborový systém FAT SD karta.

V 70. letech 20. století vědci předloží revoluční myšlenku vytvořit mikroprocesor, "porozumění" pouze minimálního možného počtu týmů.

Plán procesoru RISC (snížená instrukce sada počítače, počítač se sníženou sadou týmů) se narodil v důsledku praktického výzkumu četnosti používání týmů programátorů prováděných v 70. letech ve Spojených státech a Anglii. Jejich přímým výsledkem je slavný "pravidlo 80/20": V 80% typického kódu aplikace se používá pouze 20% nejjednodušších povelů z celé dostupné sady.

První "skutečný" procesor RISC s 31 týmy byl vytvořen pod vedením Davida Patterson z University of Berkeley, pak následoval procesor s množstvím 39 týmů. Zahrnuli 20-50 tisíc tranzistorů. Pattersonovy ovoce používalo společnost Sun Microsystems Company, která vyvinula architekturu SPARC s 75 týmy na konci 70. let. V roce 1981 začal projekt MIPS pro vydání procesoru RISC s 39 týmy ve Stanfordské univerzitě. Výsledkem je, že Computer Corporation MIPS byla založena v polovině 80. let a následující procesor byl postaven s 74 týmy.

Podle nezávislé společnosti IDC, v roce 1992, Architektura SPARC obsadila 56% trhu, pak následovala MIPS - 15% a PA-RISC - 12,2%

Přibližně ve stejnou dobu, Intel vyvinul sérii 80386, nejnovější "pravdivé" procesory CISC v rodině IA-32. Poslední zlepšení výkonu bylo dosaženo pouze komplikováním architektury procesoru: Od 16-bitů se změnila na 32-bit, další hardwarové komponenty podporovaly virtuální paměť a bylo přidáno několik nových příkazů.

Hlavní rysy procesorů RISC:

Zkrácená sada příkazů (od 80 do 150 příkazů).

Většina týmů se provádí pro 1 takto.

Velký počet registrů všeobecného určení.

Přítomnost tuhých vícestupňových dopravníků.

Všechny příkazy mají jednoduchý formát a používá se několik metod adresování.

Přítomnost prostorné samostatné mezipaměti.

Použití optimalizací kompilátorů, které analyzuje zdrojový kód a částečně změní pořadí příkazů.

RISC procesory 3. generace

Největší vývojáři procesoru RISC jsou považovány za Sun Microsystems (Architektura SPARC - ULTRA SPARC), IBM (Elow Multi-Chisty procesory, jednorázový PowerPC - PowerPC 620), Digitální zařízení (Alpha - Alpha 21164), Technologie MIPS (RXX00 - R 100,000 Rodina), a také Hewlett-Packard (Architektura PA-RISC - PA-8000).

Všechny procesory třetí generace:

jsou 64-bitové a supercaling (ne méně než 4 týmy na takt);

mají vestavěné dopravní bloky plovoucího bodu aritmetiky;

mají víceúrovňovou mezipaměťovou paměť. Většina RISC procesorů mezipaměť přednastavených příkazů;

jsou vyráběny v technologii CMOS se 4 vrstvami metalizace.

Pro zpracování dat je aplikován algoritmus pro dynamickou predikci poboček a metody přeřazení registrů, což umožňuje implementovat mimořádnou realizaci příkazů.

Zvýšení výkonnosti procesorů RISC je dosaženo zvýšením hodinové frekvence a komplikace schématu krystalu. Zástupci prvního řízení jsou alfa procesory společnosti DEC, nejobtížnější zůstává hewlett-Packard procesory.

Snížení sady strojů strojů v architektuře RISC umožňuje umístit velký počet registrů všeobecného určení na krystalu jádrového jádra. Zvýšení počtu registrů všeobecného určení umožnilo minimalizovat přístup ke zpomalenému paměti RAM, opouštět RAM pro práci s RAM pouze pro čtení dat z RAM do registru a nahrávání dat z registru do RAM, všechny ostatní příkazy strojů se používají jako operandy Účel registry.

Hlavními výhodami architektury RISC jsou následující vlastnosti:

Velký počet registrů všeobecného určení.

Univerzální formát všech mikroolů.

Stejný čas pro provádění všech počítačů.

Téměř všechny transakce přenosu dat se provádějí na registru trasy - registr.

Stejná doba provedení všech příkazů stroje umožňuje zpracovat tok přímých instrukcí na principu dopravníku, tj. Synchronizace hardwarových dílů se provádí, s přihlédnutím k sekvenčnímu přenosu ovládacího prvku z jednoho hardwarového bloku do druhého.

Hardwarové bloky v architektuře RISC:

Jednotka načítání instrukce obsahuje následující komponenty: Ukázková jednotka instrukce z paměti pokynů, registru instrukcí, kde je instrukce umístěna po jeho vzorku a dekódovací jednotku instrukcí. Tato etapa se nazývá fáze vzorkování instrukcí.

Všeobecné registry ve spojení s kontrolními bloky registrů tvoří druhou fázi dopravníku, který je zodpovědný za čtení instrukční operandy. Operandy mohou být uloženy v pokynech samotném nebo v jednom z registrů všeobecného určení. Tato etapa se nazývá krok odběru vzorků operandu.

Aritmetické logické zařízení a pokud je tato architektura implementována, baterie spolu s řídicí logikou, která založená na obsahu registru instrukcí určuje typ mikro-operace. Zdroj dat kromě registru instrukcí může být čítač příkazů při provádění podmíněných nebo bezpodmínečných přechodových mikro-operací. Tato fáze se nazývá výkonný stupeň dopravníku.

Sada registrů všeobecného určení, logiky záznamu a někdy z paměti RAM tvoří úroveň úložiště dat. V této fázi jsou výsledky pokynů zaznamenány v registrech všeobecného určení nebo v hlavní paměti.

Nicméně, v době rozvoji architektury RISC, architektury Intel X86, která byla provedena na principu architektury CISC průmyslovou normou mikroprocesorů de facto. Přítomnost velkého počtu programů napsaných pod architekturou Intel X86 učinila nemožné masivní počítačový přechod na architekturu RISC. Z tohoto důvodu byla hlavní oblast používání architektury RISC mikrokontroléry, vzhledem k tomu, že nebyly vázány na stávající software. Kromě toho, někteří výrobci EMM vedené IBM také začali vyrábět počítače postavené architekturou RISC, nicméně, neslučitelnost softwaru mezi Intel X86 a Architecture RISC do značné míry omezila šíření druhé.

Nicméně výhody architektury RISC byly tak významné, že inženýři našli způsob, jak jít do kalkulačky vytvořených architekturou RISC, a zároveň odmítl existovat software. Jernel nejmodernější mikroprocesory podporující architekturu Intel X86 jsou vyrobeny architekturou RISC s podporou vícebarevného zpracování dopravníku. Mikroprocesor přijímá instrukce v Intel X86 vstupu, nahrazuje ji několika (až 4) instrukcí RISC.

Tak, jádra nejmodernějších mikroprocesorů začínající na Intel 486DX, jsou vyrobeny architekturou RISC s podporou externího rozhraní Intel X86. Kromě toho, drtivá většina mikrokontrolérů, stejně jako některé mikroprocesory vyrábějí architekturou RISC.

V moderním procesoru RISC se často používají méně než 32 registrů, často

více než 100, zatímco v klasickém TSMM obvykle 8-16 generálních registrů

destinace. V důsledku toho je procesor 20% -30% méně často odkazuje

rAM, která také vyvolala rychlost zpracování dat. kromě

jít velké číslo Registry zjednodušují práci kompilátoru na distribuci registrů pod proměnnými. Topologie procesoru provedeného ve formě jednoho integrovaného obvodu byla zjednodušena, načasování jeho vývoje bylo sníženo, stalo se levnější.

Po vzhledu procesorů RISC získali tradiční procesory

cISC označení - to znamená, s kompletní sadou příkazů (kompletní počítač sady instrukcí).

V současné době byly procesory RISC rozšířené. Charakterizují se moderní procesory RISC

další:

zjednodušená sada týmů;

používají se příkazy s pevnou délkou a pevným formátem

jednoduché způsoby, jak řešit, což vám umožní zjednodušit logiku příkazů dekódování;

většina příkazů se provádí pro jeden cyklus procesoru;

logické provedení příkazů za účelem zvýšení produktivity

zaměřené na hardware a ne na implementaci firmwaru,

neexistují žádné makro makro, komplikující strukturu procesoru a

snížená rychlost provozu;

rAM je omezena na operace

přenos dat;

pro zpracování, jako pravidlo, tři-hvězdičkové týmy, které

kromě zjednodušení dešifrování umožňuje udržovat více

počet proměnných v registrech bez jejich následného restartu;

vytvořil dopravník příkazů, což umožňuje zpracovat několik z nich

zároveň;

přítomnost velkého počtu registrů;

používá vysokorychlostní paměť.

V procesorech RISC je obrábění povel stroje rozděleno do

několik kroků, každá etapa slouží individuálnímu hardwaru

a organizované přenos dat z jedné fáze do druhého.

Tato produktivita se zvyšuje v důsledku skutečnosti, že zároveň se provádí několik příkazů na různých fázích dopravníku.

Provádění typického týmu lze rozdělit do následujících kroků:

odběr vzorků Pokud - na adresu zadané příkazem příkazu, příkaz je načten z paměti;

3) Provádění ex operace ex v případě potřeby odkazovat na paměť - výpočet fyzické adresy;

4) apelovat na mě paměť;

5) Vzpomínka na výsledek wb

V procesorech s architekturou RISC se sada spustitelných příkazů sníží na minimum. Chcete-li implementovat složitější operace, musíte kombinovat příkazy. V tomto případě mají všechny příkazy pevný formát délky (například 12, 14 nebo 16 bitů), výběr příkazu z paměti a jeho provedení se provádí v jednom cyklu (takt) synchronizace. Systém příkazového řádu RISC zahrnuje možnost stejného využití všech registrů procesoru. To poskytuje dodatečnou flexibilitu při provádění řady operací. MK s procesorem RISC zahrnuje AVR AVR AVR, MK PIC16 a PIC17 společnosti Microchip a další.

Na první pohled by MK s procesorem RISC mělo mít vyšší výkon ve srovnání s CISC MK se stejnou hodinovou frekvencí vnitřní dálnice. V praxi je však problematika výkonu složitější a nejednoznačnější.

Obr.2

Architektura Harvardů téměř nepoužívá až do konce 70. let, zatímco výrobci MK nechápali, že dává vývojářům určité výhody autonomní systémy Řízení.

Skutečností je, že soudě podle zkušeností s využitím poslanců k řízení různých objektů pro implementaci většiny kontrolních algoritmů takové výhody architektury pozadí-Nimanov jako flexibilita a univerzálnost nejsou důležité. Analýza reálné programy Management ukázalo, že požadované množství datové paměti MK použité pro ukládání mezilehlých výsledků je obvykle řádově menší než požadovaná paměť programu. Za těchto podmínek, použití jediného adresního prostoru vedlo ke zvýšení formátu příkazů zvýšením počtu výbojů k adresám operátorů. Použití samostatných malých dat nad objemem dat přispělo ke snížení délek příkazů a urychlení vyhledávání informací v datové paměti.

Architektura Harvard navíc poskytuje potenciálně více vysoká rychlost Provádění programu ve srovnání se stavem Neumanovskaya v důsledku možnosti provádění paralelních operací. Výběr příštího příkazu může nastat současně s předchozím, a není třeba procesor zastavit v době vzorkování příkazu. Tato metoda implementačních operací umožňuje zajistit provádění různých příkazů pro stejný počet hodin, což umožňuje snadno určit čas provedení cyklů a kritických částí programu.

Většina výrobců moderních 8-bit MK používají Harvard Architecture. Architektura Harvardů však není dostatečně flexibilní, aby provedla některé programové postupy. Srovnání MK, vyrobené podle různých architektur by proto mělo být provedeno ve vztahu ke konkrétní aplikaci.

Dobrý den Vážení rádiové amatéři!
Pozdravy na vás na stránkách ""

Mikrokontroléry

Microcontroller. (Jednotka mikro regulátoru, MCU) - microCIRCUIT určený pro řízení elektronických zařízení (Viz obr. 1A). Typický mikrokontrolér kombinuje funkce procesoru a periferních zařízení, obsahuje Oz. (Operační úložné zařízení) nebo Rom (Konstantní úložné zařízení). V podstatě se jedná o malý počítač schopný provádět určité úkoly.

Použití "výkonného" výpočetní techniky v moderním mikrokontroléru, postaveném na jediném čipu namísto celé sady, významně snižuje velikost, spotřebu energie a náklady nástrojů vytvořených na jeho základně. Mikrokontroléry lze nalézt v téměř každém moderním elektronickém zařízení: mobilní telefony, Foto a videokamery, kalkulačky, hodiny, televizory, přehrávače médií, počítače, průmyslové, automobilové, vojenské vybavení a dokonce i elektrické konvice.

Dosud existuje velké množství mikrokontrolérů odlišné typy. Vývojáři mají popularitu mikrokontroléry Rs. Microchip technologie, stejně jako Avr a paže. Atmel Corporation. Chcete-li vynutit mikrokontrolér, aby provedl úkoly, musí být naprogramován pomocí specifického programu. Obvykle je to připojeno pojem a obsahuje v souboru s příponou. Hex. Častěji se tento program nazývá "firmware" (firmware). Různé mikrokontroléry jsou psaní různých firmwaru. Každý firmware obsahuje kódy strojů, které porozumí mikrokontroléru. Je však obtížné, aby člověk pamatovalo na dodržování manažerů a strojních kódů. Proto je program poprvé napsán s nějakým jazykemprogramování (assembler, c) a poté převedena do kódů regulátoru strojů pomocí překladatelského programu.

K dispozici je také speciální software pro psaní programů. Například WinAVR se používá k vývoji firmwaru AVR, který má všechny potřebné nástroje: kompilátor (pro jazyky C a C ++), programátor, ladicí program, editor atd. WinAVR je široce používán po celém světě, milenci i profesionálům. Chcete-li vytvořit firmware PIC mikrokontrolér, můžete použít CCS PCWHD (PIC s kompilátorem) - Compiler S. Stejný jako předchozí software obsahuje vše, co potřebujete k naprogramování mikrokontrolérů.
Aby bylo možné "flash" mikrokontrolér, je vyžadován programátor (viz obr. 16). Jedná se o softwarový a hardwarový komplex, který se skládá přímo ze zařízení připojujícího mikrokontrolér s počítačem a program, který ovládá toto zařízení. Programátor vstoupí do programu připraveného pro mikrokontrolér ve své paměti. Programátor lze zakoupit nebo sbírat sami.

Existují samostatné programátory pro různé typy mikrokontrolérů, stejně jako univerzální, které jsou schopny blikat většinu těchto čipů. Jeden z minusů posledních programátorů je vysoká cena.

Klasifikace a struktura mikrokontrolérů. Struktura jádra procesoru mikrokontroléru, hlavní vlastnosti jeho výkonu. Architektura modulu procesoru, velikost a typ integrované paměti, sada periferních zařízení, typ bydlení.

Poslat svou dobrou práci ve znalostní bázi je jednoduchá. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, absolventi studenti, mladí vědci, kteří používají znalostní základnu ve studiu a práce, budou vám velmi vděční.

• Úvod
• 2. Zvláštní část
• 2.2 Architektura RISC.
• 2.3 Microcontroller S.Risc. architektura
• Závěr

Úvod

Mikrokontrolér (MCU) je mikroobvodem navržený pro řízení elektronických zařízení. Typický mikrocontrolér kombinuje funkce procesoru a periferních zařízení, mohou obsahovat RAM a ROM. V podstatě se jedná o jeden čipový počítač schopný provádět jednoduché úkoly. Použití jediného čipu namísto celé sady, jako v případě běžných procesorů používaných v osobních počítačích, významně snižuje velikost, spotřebu energie a náklady zařízení postavených na základě mikrokontrolérů. Mikrokontroléry jsou základem pro integrované systémy budování, lze nalézt v mnoha moderních zařízeních, jako jsou telefony, pračky atd. Termín "mikrokontrolér" (MK) přemístil dříve použitý termín "jednocas-ocas mikro-počítač" ze spotřeby. První patent pro jeden-čip mikro-počítač byl vydán v roce 1971 inženýrům M. Kochen a G. Bun, Zaměstnanci Texas Instruments. To bylo oni, kteří nabízeli na jednom krystalu nejen mikroprocesor, ale také paměť, I / O zařízení. S příchodem jednorázového mikro-počítače je závazná éra počítačové automatizace v oblasti managementu. Zřejmě, tato okolnost a určuje termín "mikrokontrolér" (kontrola - řízení). V roce 1979, NII TT vyvinula jeden čip 16-bitový počítač K1801v1, jehož architektura byla nazývána "NC Electronics". V roce 1980 produkuje Intel mikrokontrolér i8048. O něco později ve stejném roce produkuje Intel následující mikrokontrolér: I8051. Úspěšná sada periferních zařízení, možnost flexibilní volby externí nebo interní softwarové paměti a přijatelná cena Za předpokladu, že tento mikrokontrolér úspěch na trhu. Z pohledu technologie byl mikrokontrolér I8051 velmi složitý produkt pro svůj čas - v krystalu bylo použito 128 tisíc tranzistorů, což je 4krát překročeno počet tranzistorů v 16bitovém mikroprocesoru I8086.

1. Obecná část

1.1 Klasifikace a struktura mikrokontrolérů

V současné době se vyrábí řada typů MK. Všechna tato zařízení lze rozdělit do tří hlavních tříd:

8-bit MK pro vložené aplikace;

16 - A 32-bit MK;

digitální signálové procesory (DSP).

Nejčastějším zástupcem MK rodiny je 8-bitová zařízení široce používaná v průmyslu, domácnosti a počítačový technik. Oni složili v jejich vývoji cestu od nejjednodušších zařízení s relativně nedostatečně rozvinutou periferně k moderním multifunkčním regulátorům, které zajišťují implementaci komplexních algoritmů řízení v reálném čase. Příčina životaschopnosti 8-bit MK je použít k řízení reálných objektů, které se používají hlavně algoritmy s převažením logické operace, Míra zpracování je prakticky nezávislá na vypuštění procesoru.

Zvýšení popularity 8-bitového MK přispívá k nepřetržitému rozšíření sortimentu produktu vyrobené takovými známými firmami jako Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel a mnoho dalších. Moderní 8-bit MK má zpravidla řada výrazných vlastností. Seznam hlavních:

modulární organizace, ve které se liší počet (řádek) MK lišící na základě jednoho jádra procesoru (centrální procesor) se liší ve výši datové paměti, sady periferních modulů, frekvence synchronizace;

použití uzavřené architektury MK, která je charakterizována nedostatkem řádků adres a údajů o výstupech bydlení MK. MK je tedy kompletní systém zpracování dat, který zvyšuje schopnosti, jejichž schopnosti používají paralelní dálnice adresy a dat, se neočekává;

použití typických funkčních periferních modulů (časovače, procesory událostí, regulátory sériových rozhraní, analog-to-digitální měniče atd.), Které mají drobné rozdíly v pracovních algoritmech v MK různých výrobců;

rozšíření počtu provozních režimů periferních modulů, které jsou specifikovány v procesu inicializace registrů speciálních funkcí MK.

S modulárním principem výstavby obsahuje všechny MK jedné rodiny jádro procesoru, stejné pro všechny MK této rodiny, a variabilní funkční blok, který rozlišuje MK různých modelů. Jádro procesoru zahrnuje: procesor; Vnitřní regulátor (VKM) jako součást pneumatiky adresy, dat a kontroly; Synchronizační schéma MK; MK provozní režimy Systém správy, včetně podpory pro režimy nízkého napájení, počáteční spuštění (reset) atd.

Změna funkčního bloku obsahuje paměťové moduly různých typů a objem, I / O porty, moduly generátoru hodin (g), časovače. V relativně jednoduchém MK je součástí manipulačního modulu přerušení součástí jádra procesoru. Ve složitějším MK se jedná o samostatný modul s pokročilými funkcemi. Variabilní funkční blok může obsahovat takové další moduly jako komparátory napětí, analogové digitální měniče (ADC) a další. Každý modul je navržen tak, aby fungoval jako součást MC, s přihlédnutím k protokolu VKM. Tento přístup Umožňuje vytvořit řadu MC struktur v jedné rodině.

1.2 Struktura jádra procesoru mikrokontroléru

Hlavní vlastnosti, které určují výkon jádra MK Processor, jsou:

soubor registrů pro ukládání mezilehlých dat;

procesorový příkazový systém;

metody pro adresování operandů v paměťovém prostoru;

organizace odběru vzorků a realizace týmu.

Z hlediska systému příkazů a metod adresování operandů, procesorový jádro moderního 8-bitového MK realizuje jeden ze dvou principů stavebních procesorů:

procesory CISC-architektury implementující tzv. Plný příkazový systém (komplikovaný počítač instrukcí);

procesory RISC architektury implementující sníženým příkazovým systémem (snížené pokyny nastavit počítač).

CISC Processors vykonávají velkou sadu týmů s pokročilým řešením adresování, což developerům dávat vývojář možnost vybrat nejvhodnější příkaz k provedení nezbytného provozu. V aplikovaném na 8-bit MC, procesor s architekturou CISC může mít single-bajtový, dvoubajtový a tříkolový (vzácný čtyřchodový) příkazový formát. Doba provedení příkazu může být od 1 do 12 cyklů. MK s architekturou CISC zahrnuje MK společnosti Intel s Core MCS-51, které jsou v současné době podporovány řadou výrobců, MK rodin rodin NS05, NS08 a NS11 motorola a řadu druhých.

Z hlediska uspořádání procesů odběru vzorků a provádění týmu v moderním 8-bitovém MK, jeden z těchto dvou architektur MPS již zmínil: Nimananovskaya (Princetonian) nebo oblast Harvard je aplikována.

Hlavní výhodou architektury pozadí-Neiman je zjednodušení zařízení MPS, protože je implementována pouze na jednu sdílenou paměť. Kromě toho využívání jednotného paměťového prostoru umožnilo rychle rozšiřovat zdroje mezi oblastmi programů a dat, což výrazně zvýšilo flexibilitu IPU z hlediska vývojáře softwaru. Umístění zásobníku v celkové paměti usnadněném přístupu ke svému obsahu. Není náhoda, že architektura background-Neumanovsk se stala hlavní architekturou univerzální počítačevčetně osobních počítačů.

Skutečností je, že soudě podle zkušeností s využitím poslanců k řízení různých objektů pro implementaci většiny kontrolních algoritmů takové výhody architektury pozadí-Nimanov jako flexibilita a univerzálnost nejsou důležité. Analýza reálných programů pro správu ukázaly, že požadované množství datové paměti MK použité pro ukládání mezilehlých výsledků je obvykle řádově menší než požadovaná softwarová paměť. Za těchto podmínek vedlo použití jediného adresního prostoru ke zvýšení formátu příkazů zvýšením počtu výbojů k řešení operandů. Použití samostatných malých dat nad objemem dat přispělo ke snížení délek příkazů a urychlení vyhledávání informací v datové paměti.

V současné době jsou nejvýraznější zástupci mikrokontrolérů SISC a RISC s architektury Nimanovskaya a Harvardové architektury Nimanovskaya a Harvard jsou mikrokontroléry I8051 a AVR-Atmel mikrokontroléry, což pro řadu charakteristik překonal velmi dobře známé fotky - mikrokontroléry. Proto v úvahu organizaci a zařízení výše uvedených zástupců.

2. Zvláštní část

2.1 Architektura procesoru CISC a RISC

Dvě hlavní architektury sady příkazů používaných počítačovým průmyslem v moderní fázi vývoje výpočetní techniky jsou architektury CISC a RISC. Zakladatel architektury CISC CISC - architektura s kompletní sadou příkazů (CISC - kompletní instrukční sada instrukcí) lze považovat za IBM se základní architekturou IBM / 360, z nichž jádro je používáno od roku 1964 a dosáhl naše dny, například , v takových moderních sálových počítačích, jako IBM ES / 9000.

Je zvážen vůdce ve vývoji mikroprocesorů s plnou sadou příkazů intel. S mikroprocesory X86 a Pentium. To je prakticky standard pro mikroprocesorový trh. Jednoduchost architektury procesoru RISC poskytuje svou kompaktnost, praktickou absenci problémů s chlazením krystalů, která není v procesorech procesorů Intel, přetrvávajícím, že se provádí vývoji architektury CISC. Vznik strategie CISC-architektury došlo v důsledku technologické možnosti přenosu "těžiště" zpracování dat z úrovně softwaru do systému hardwaru, protože hlavní cesta účinnosti pro počítač CISC viděl především při zjednodušení kompilátorů a minimalizace spustitelného modulu. K dnešnímu dni jsou procesory CISC téměř monopol na sektoru počítačového trhu osobní počítačeProcesory RISC však nejsou v sektoru vysoce výkonných serverů a pracovních stanic. Hlavní rysy architektury RISC s podobným charakterem, funkce architektury CISC se zobrazují následovně (tabulka 1):

Tabulka 1. Základní rysy architektury

Jedním z důležitých výhod architektury RISC je vysoká rychlost aritmetických výpočtů. Procesy RISC byly první, kdo dosáhli pásu nejběžnějšího IEEE 754 Standardní nastavení 32bitového formátu pro reprezentaci čísel s pevným bodem a 64-bitovou "plnou přesností" formát pro čísla plovoucího bodu. Vysokorychlostní výkon aritmetické operace V kombinaci s vysokou přesností výpočtů poskytuje procesory RISC bezpodmínečného vedení k rychlosti ve srovnání s procesory CISC.

Dalším znakem procesorů RISC je komplex prostředků, které zajišťují nepřetržitý provoz aritmetických zařízení: mechanismus pro dynamickou predikci větví, velký počet operačních registrů, víceúrovňové vestavěné mezipaměti mezipaměti.

Organizace struktury rejstříku je hlavní výhodou a hlavní problém RISC. Téměř jakákoliv implementace architektury RISC využívá operace zpracování třísetek, ve kterém výsledek a dva operandy mají nezávislý adresování - R1: \u003d R2, R3. To vám umožní vybrat operandy z adresovatelných operačních registrů bez významného času výdajů a zapisovat výsledek operace do registru. Trojité operace navíc poskytují kompilátor pro větší flexibilitu ve srovnání s typovým vzorkem "Registrační paměť" architektury CISC. V kombinaci s vysokorychlostním aritmetickým řízením RISC typu "Register - Register" se stal velmi silným způsobem zlepšení výkonu procesoru.

Ve stejné době, podpora registrů je Achilles pátou RISC architektura. Problém je, že v procesu provádění úkolu je systém RISC opakovaně nucen aktualizovat obsah rejstříků procesoru a v minimálním čase tak, aby nedošlo k dlouhým prostojům aritmetického zařízení. Pro CISC systémy takový problém neexistuje, protože modifikace registrů může dojít na pozadí zpracování příkazu "Memory-Memory".

Existují dva přístupy k řešení problému modifikačních registrů v architektuře RISC: hardware navržený v projektech RISC-1 a RISC-2 a program vyvinutý společností IVM a Standford University specialisty. Hlavním rozdílem mezi nimi je, že hardwarové řešení je založeno na touze snížit čas na volání postupů instalací dalších zařízení zpracovatele, zatímco softwarové řešení Je založen na možnostech kompilátoru a je ekonomičtější z hlediska zpracovatelského zařízení.

2.2 Architektura RISC.

V 70. letech 20. století vědci předloží revoluční myšlenku vytvořit mikroprocesor, "porozumění" pouze minimálního možného počtu týmů.

Plán procesoru RISC (snížená instrukce sada počítače, počítač se sníženou sadou týmů) se narodil v důsledku praktického výzkumu četnosti používání týmů programátorů prováděných v 70. letech ve Spojených státech a Anglii. Jejich přímým výsledkem je slavný "pravidlo 80/20": V 80% typického kódu aplikace se používá pouze 20% nejjednodušších povelů z celé dostupné sady.

První "skutečný" procesor RISC s 31 týmy byl vytvořen pod vedením Davida Patterson z University of Berkeley, pak následoval procesor s množstvím 39 týmů. Zahrnuli 20-50 tisíc tranzistorů. Pattersonovy ovoce používalo společnost Sun Microsystems Company, která vyvinula architekturu SPARC s 75 týmy na konci 70. let. V roce 1981 začal projekt MIPS pro vydání procesoru RISC s 39 týmy ve Stanfordské univerzitě. Výsledkem je, že Computer Corporation MIPS byla založena v polovině 80. let a následující procesor byl postaven s 74 týmy.

Podle nezávislé společnosti IDC, v roce 1992, Architektura SPARC obsadila 56% trhu, pak následovala MIPS - 15% a PA-RISC - 12,2%

Přibližně ve stejnou dobu, Intel vyvinul sérii 80386, nejnovější "pravdivé" procesory CISC v rodině IA-32. Poslední zlepšení výkonu bylo dosaženo pouze komplikováním architektury procesoru: Od 16-bitů se změnila na 32-bit, další hardwarové komponenty podporovaly virtuální paměť a bylo přidáno několik nových příkazů.

Hlavní rysy procesorů RISC:

Zkrácená sada příkazů (od 80 do 150 příkazů).

Většina týmů se provádí pro 1 takto.

Velký počet registrů všeobecného určení.

Přítomnost tuhých vícestupňových dopravníků.

Všechny příkazy mají jednoduchý formát a používá se několik metod adresování.

Přítomnost prostorné samostatné mezipaměti.

Použití optimalizací kompilátorů, které analyzuje zdrojový kód a částečně změní pořadí příkazů.

RISC procesory 3. generace

Největší vývojáři procesoru RISC jsou považovány za Sun Microsystems (Architektura SPARC - ULTRA SPARC), IBM (Elow Multi-Chisty procesory, jednorázový PowerPC - PowerPC 620), Digitální zařízení (Alpha - Alpha 21164), Technologie MIPS (RXX00 - R 100,000 Rodina), a také Hewlett-Packard (Architektura PA-RISC - PA-8000).

Všechny procesory třetí generace:

jsou 64-bitové a supercaling (ne méně než 4 týmy na takt);

mají vestavěné dopravní bloky plovoucího bodu aritmetiky;

mají víceúrovňovou mezipaměťovou paměť. Většina RISC procesorů mezipaměť přednastavených příkazů;

jsou vyráběny v technologii CMOS se 4 vrstvami metalizace.

Pro zpracování dat je aplikován algoritmus pro dynamickou predikci poboček a metody přeřazení registrů, což umožňuje implementovat mimořádnou realizaci příkazů.

Zvýšení výkonnosti procesorů RISC je dosaženo zvýšením hodinové frekvence a komplikace schématu krystalu. Zástupci prvního řízení jsou alfa procesory společnosti DEC, nejobtížnější zůstává hewlett-Packard procesory.

Snížení sady strojů strojů v architektuře RISC umožňuje umístit velký počet registrů všeobecného určení na krystalu jádrového jádra. Zvýšení počtu registrů všeobecného určení umožnilo minimalizovat přístup ke zpomalenému paměti RAM, opouštět RAM pro práci s RAM pouze pro čtení dat z RAM do registru a nahrávání dat z registru do RAM, všechny ostatní příkazy strojů se používají jako operandy Účel registry.

Hlavními výhodami architektury RISC jsou následující vlastnosti:

Velký počet registrů všeobecného určení.

Univerzální formát všech mikroolů.

Stejný čas pro provádění všech počítačů.

Téměř všechny transakce přenosu dat se provádějí na registru trasy - registr.

Stejná doba provedení všech příkazů stroje umožňuje zpracovat tok přímých instrukcí na principu dopravníku, tj. Synchronizace hardwarových dílů se provádí, s přihlédnutím k sekvenčnímu přenosu ovládacího prvku z jednoho hardwarového bloku do druhého.

Hardwarové bloky v architektuře RISC:

Jednotka načítání instrukce obsahuje následující komponenty: Ukázková jednotka instrukce z paměti pokynů, registru instrukcí, kde je instrukce umístěna po jeho vzorku a dekódovací jednotku instrukcí. Tato etapa se nazývá fáze vzorkování instrukcí.

Všeobecné registry ve spojení s kontrolními bloky registrů tvoří druhou fázi dopravníku, který je zodpovědný za čtení instrukční operandy. Operandy mohou být uloženy v pokynech samotném nebo v jednom z registrů všeobecného určení. Tato etapa se nazývá krok odběru vzorků operandu.

Aritmetické logické zařízení a pokud je tato architektura implementována, baterie spolu s řídicí logikou, která založená na obsahu registru instrukcí určuje typ mikro-operace. Zdroj dat kromě registru instrukcí může být čítač příkazů při provádění podmíněných nebo bezpodmínečných přechodových mikro-operací. Tato fáze se nazývá výkonný stupeň dopravníku.

Sada registrů všeobecného určení, logiky záznamu a někdy z paměti RAM tvoří úroveň úložiště dat. V této fázi jsou výsledky pokynů zaznamenány v registrech všeobecného určení nebo v hlavní paměti.

Nicméně, v době rozvoji architektury RISC, architektury Intel X86, která byla provedena na principu architektury CISC průmyslovou normou mikroprocesorů de facto. Přítomnost velkého počtu programů napsaných pod architekturou Intel X86 učinila nemožné masivní počítačový přechod na architekturu RISC. Z tohoto důvodu byla hlavní oblast používání architektury RISC mikrokontroléry, vzhledem k tomu, že nebyly vázány na stávající software. Kromě toho, někteří výrobci EMM vedené IBM také začali vyrábět počítače postavené architekturou RISC, nicméně, neslučitelnost softwaru mezi Intel X86 a Architecture RISC do značné míry omezila šíření druhé.

Nicméně výhody architektury RISC byly tak významné, že inženýři našli způsob, jak jít do kalkulačky vytvořených architekturou RISC, a zároveň odmítl existovat software. Jernel nejmodernější mikroprocesory podporující architekturu Intel X86 jsou vyrobeny architekturou RISC s podporou vícebarevného zpracování dopravníku. Mikroprocesor přijímá instrukce v Intel X86 vstupu, nahrazuje ji několika (až 4) instrukcí RISC.

Tak, jádra nejmodernějších mikroprocesorů začínající na Intel 486DX, jsou vyrobeny architekturou RISC s podporou externího rozhraní Intel X86. Kromě toho, drtivá většina mikrokontrolérů, stejně jako některé mikroprocesory vyrábějí architekturou RISC.

V moderním procesoru RISC se často používají méně než 32 registrů, často

více než 100, zatímco v klasickém TSMM obvykle 8-16 generálních registrů

destinace. V důsledku toho je procesor 20% -30% méně často odkazuje

rAM, která také vyvolala rychlost zpracování dat. kromě

kromě toho přítomnost velkého počtu registrů zjednodušuje provoz kompilátoru na distribuci registrů pod proměnnými. Topologie procesoru provedeného ve formě jednoho integrovaného obvodu byla zjednodušena, načasování jeho vývoje bylo sníženo, stalo se levnější.

Po vzhledu procesorů RISC získali tradiční procesory

cISC označení - to znamená, s kompletní sadou příkazů (kompletní počítač sady instrukcí).

V současné době byly procesory RISC rozšířené. Charakterizují se moderní procesory RISC

další:

zjednodušená sada týmů;

používají se příkazy s pevnou délkou a pevným formátem

jednoduché způsoby, jak řešit, což vám umožní zjednodušit logiku příkazů dekódování;

většina příkazů se provádí pro jeden cyklus procesoru;

logické provedení příkazů za účelem zvýšení produktivity

zaměřené na hardware a ne na implementaci firmwaru,

neexistují žádné makro makro, komplikující strukturu procesoru a

snížená rychlost provozu;

rAM je omezena na operace

přenos dat;

pro zpracování, jako pravidlo, tři-hvězdičkové týmy, které

kromě zjednodušení dešifrování umožňuje udržovat více

počet proměnných v registrech bez jejich následného restartu;

vytvořil dopravník příkazů, což umožňuje zpracovat několik z nich

zároveň;

přítomnost velkého počtu registrů;

používá vysokorychlostní paměť.

V procesorech RISC je obrábění povel stroje rozděleno do

několik kroků, každá etapa slouží individuálnímu hardwaru

a organizované přenos dat z jedné fáze do druhého.

Tato produktivita se zvyšuje v důsledku skutečnosti, že zároveň se provádí několik příkazů na různých fázích dopravníku.

Provádění typického týmu lze rozdělit do následujících kroků:

odběr vzorků Pokud - na adresu zadané příkazem příkazu, příkaz je načten z paměti;

2) dekódování příkazu ID - objasnění jeho významu, vzorek operandů z registrů;

3) Provádění ex operace ex v případě potřeby odkazovat na paměť - výpočet fyzické adresy;

4) apelovat na mě paměť;

5) Vzpomínka na výsledek wb

V procesorech s architekturou RISC se sada spustitelných příkazů sníží na minimum. Chcete-li implementovat složitější operace, musíte kombinovat příkazy. V tomto případě mají všechny příkazy pevný formát délky (například 12, 14 nebo 16 bitů), výběr příkazu z paměti a jeho provedení se provádí v jednom cyklu (takt) synchronizace. Systém příkazového řádu RISC zahrnuje možnost stejného využití všech registrů procesoru. To poskytuje dodatečnou flexibilitu při provádění řady operací. MK s procesorem RISC zahrnuje AVR AVR AVR, MK PIC16 a PIC17 společnosti Microchip a další.

Na první pohled by MK s procesorem RISC mělo mít vyšší výkon ve srovnání s CISC MK se stejnou hodinovou frekvencí vnitřní dálnice. V praxi je však problematika výkonu složitější a nejednoznačnější.

Obr.2 Struktura MK s Architekturou RISC

Harvard Architecture téměř nebyla použita až do konce 70. let, zatímco výrobci MK nechápali, že dává vývojářům autonomních řídicích systémů určité výhody.

Skutečností je, že soudě podle zkušeností s využitím poslanců k řízení různých objektů pro implementaci většiny kontrolních algoritmů takové výhody architektury pozadí-Nimanov jako flexibilita a univerzálnost nejsou důležité. Analýza reálných programů pro správu ukázaly, že požadované množství datové paměti MK použité pro ukládání mezilehlých výsledků je obvykle řádově menší než požadovaná softwarová paměť. Za těchto podmínek, použití jediného adresního prostoru vedlo ke zvýšení formátu příkazů zvýšením počtu výbojů k adresám operátorů. Použití samostatných malých dat nad objemem dat přispělo ke snížení délek příkazů a urychlení vyhledávání informací v datové paměti.

Architektura Harvard navíc poskytuje potenciálně vyšší rychlost programu ve srovnání s pozadím Neumanovskaya v důsledku možnosti implementace paralelních operací. Výběr příštího příkazu může nastat současně s předchozím, a není třeba procesor zastavit v době vzorkování příkazu. Tato metoda implementačních operací umožňuje zajistit provádění různých příkazů pro stejný počet hodin, což umožňuje snadno určit čas provedení cyklů a kritických částí programu.

Většina výrobců moderních 8-bit MK používají Harvard Architecture. Architektura Harvardů však není dostatečně flexibilní, aby provedla některé programové postupy. Srovnání MK, vyrobené podle různých architektur by proto mělo být provedeno ve vztahu ke konkrétní aplikaci.

2.3 Mikrokontrolér s architekturou RISC

PIC16C71 odkazuje na rodinu Microcontroller CMOS. Vyznačuje se tím, že má interní 1K x 14 bitů EPROM pro programy, 8-bitová data a 64 - bajt vestavěný analog-to-digitální konvertor. S nízkou cenou a vysokým výkonem.

Uživatelé, kteří jsou obeznámeni s rodinou Pic16C5X, vidí

podrobný seznam distinces nový z dříve vyrobených regulátorů.

Všechny příkazy se skládají z jednoho slova (14 bitové šířky) a jsou prováděny v jednom cyklu (200 NS na 20 MHz), s výjimkou přechodových příkazů, které jsou prováděny ve dvou cyklech (400 NS).

Pic16c71 má přerušení, která je spuštěna ze čtyř zdrojů a

osmúrovňový hardwarový zásobník.

Periferní zařízení zahrnují 8bitový časovač / metr s 8bitovým

programovatelné předběžné rozdělovače (vlastně 16 - bitový časovač),

13 řádků obousměrného I / O a osm bitového ADC. Vysoký

nosnost (25 mA max. proudící proud, 20 mA max. tekoucí

aktuální) vstupní / výstupní řádky zjednodušují externí ovladače, a tedy klesá

celkové náklady na systém.

ADC má čtyři kanály, vzorkovací a skladovací schéma, rozlišující schopnost 8

bit s chybou ne více než jeden mladší výtok. Průměrný čas

převezení 30 μs, včetně doby odběru vzorků.

Série PIC16C71 je vhodná pro širokou škálu aplikačních aplikací.

vysokorychlostní správa automobilových a elektromotorů na ekonomické vzdálené transceivery, zobrazující zařízení a připojené

procesory. Přítomnost ROM umožňuje upravit parametry v aplikaci

programy (kódy vysílače, otáčky motoru, frekvence přijímače atd.).

Malé velikosti pouzder, a to jak pro pravidelnou, tak pro povrchovou montáž, činí tuto sérii mikrokontrolérů vhodných pro přenosné aplikace.

Nízká cena, nákladová efektivita, rychlost, snadnost použití a flexibilita I / O činí PIC16C71 atraktivní i v oblastech, kde nebyly použity mikrokontroléry. Například časovače, nahrazují tuhou logiku ve velkých systémech, koprocesory.

Mikrokontrolér má:

pouze 35 jednoduchých příkazů;

všechny příkazy se provádějí v jednom cyklu (200ns), s výjimkou přechodových příkazů - 2

cyklus;

provozní frekvence 0 Hz ... 20 MHz (min 200 ns týmový cyklus)

14 - bitové příkazy;

8 - bitová data;

36 x 8 Všeobecné použití registrů;

15 SFR speciální hardware registrů;

osmúrovňový hardwarový zásobník;

přímý, nepřímý a relativní adresování dat a týmů;

Čtyři zdroje přerušení:

externí vstup Int.

přetečení časovače RTCC.

přerušení při dokončení analogové konverze

přerušení při změně signálů na přípojných linkách B.

Periferní zařízení, vstup a závěr mikrokontroléru:

13 vstupních výstupních linek s individuálním nastavením;

proudový / tekoucí proud pro kontrolu LED

. Max tekoucí proud - 25 mA

. Max tekoucí proud - 20 mA

8 - Bitový časovač / RTCC čítač s 8bitovým programovatelným předběžným předřadným děličem;

modul ADC:

4 multiplexované analogové vstupy připojené k jednomu

analogový digitální převodník

schéma vzorkování Skladování

doba konverze - 20 μs na kanálu

konvertor - 8 bitů, s chybou + -1 LSB

vstup pro externí referenční napětí VREF (VREF<= Vdd)

rozsah vstupních analogových signálů z vss do Vref

automatický reset při zapnutí;

začlenění časovače během vypouštění;

časovač spuštění generátoru;

Watchdog wdt časovač s vlastním vestavěným generátorem

zvýšená spolehlivost;

EPROM Tajemství bit pro ochranu kódů;

ekonomický režim spánku;

volitelné bity pro nastavení excitačního režimu vestavěného generátoru:

RC generátor RC.

normální Quartz XT rezonátor

vysoká frekvence Quartz Resonator HS

ekonomická nízkofrekvenční krystal LP

vestavěné zařízení pro samoobslužné programy,

používají se pouze dvě nohy.

Označení nohou a jejich funkční účel:

RA4 / RTCC - vstup přes spoušť

Schmidt. I / O portlet s

otevřená akcie nebo frekvenční vstup

rTCC časovač / metr.

RA0 / AIN0 - obousměrná I / O řádek.

Analogový kanál vstup 0.

RA1 / AIN1 - obousměrná I / O řádek.

Analogový kanál vstup 1.

Jak digitální vstup má úrovně TTL.

RA2 / AIN2 - obousměrný I / Oline.

Analogový kanál vstup 2.

Jak digitální vstup má úrovně TTL.

RA3 / AIN3 / VREF - obousměrná I / O řádek.

RB0 / INT - obousměrný přístavní linka

výstupní nebo externí vstup přerušení.

RB1 - RB5 - obousměrné vstupní linky /

výstup.

RB6 - obousměrné vstupní linky /

výstup.

RB7 - obousměrné vstupní linky /

výstup.

/ McLR / VPP - nízká

vstup generuje resetový signál

pro regulátor. Aktivní nízká.

Vstup přes spoušť SCHMIDT.

OSC1 - pro připojení Quartz, RC nebo vstup externí frekvence hodin.

OSC2 - generátor, výnosové hodiny

Clkout - frekvence v režimu RC generátoru, v jiných případech - pro pylonu. křemen

Napájení VDD.

VSS - Komunikace (Země).

Závěr

V tomto kurzu jsou zvažovány mikrokontroléry s architekturou RISC a CISC. Architektura RISC byla považována za hloubkou a přesnější. Klasifikace, struktura mikrokontroléru, struktura

jádro procesoru mikrokontroléru, hlavní rysy architektury RISC.

Dosud existuje více než 200 modifikací mikrokontrolérů kompatibilních s I8051 vyrobeným dvěma desítkami firem a velký počet mikrokontrolérů jiných typů. Vývojáři jsou populární s 8-bitovou technologií mikročipu a mikrokontroléry AVR AVR PIC, šestnáct-bit MSP430 firem TI, stejně jako paže, jejichž architektura se rozvíjí paže a prodává licence na jiné firmy pro jejich výrobu, procesory - mikrokontroléry.

Při navrhování mikrokontrolérů je nutné dodržovat rovnováhu mezi velikostí a náklady na jedné straně a flexibilitě a výkonu na straně druhé. Pro různé aplikace se optimální poměr těchto a dalších parametrů může lišit. Proto existuje obrovské množství typů mikrokontrolérů, které se liší v architektuře modulu procesoru, velikosti a typu integrované paměti, sadě periferních zařízení, typu pouzdra atd.

Seznam použité literatury

1. "?????? ????????????????? ???????", ?????? ?.?. ??????? ? ?.?. ????????????.

2. "??????????? ?????????????? ??????". ?????? "????? ? ?????" 1990 ?. ????? ?.?. ???????.

3. "??????????-?????????????? ?????? ? ???????". ?????? "????? ? ?????" 1991 ?. ?????? ?.?. ?????.

Podobné dokumenty

Mikrokontroléry - mikroobvody určené k ovládání elektronických zařízení, jejich klasifikace. Struktura jádra mikrokontroléry procesoru, hlavní vlastnosti, které určují jeho výkon. CISC a RISC Processor Architecture.

kurz, Přidáno 03.10.2010


Mikrokontrolér (MCU) je mikroobvodem navržený pro řízení elektronických zařízení. Mohou být nalezeny v mnoha moderních zařízeních, včetně domácích. Zvážení architektury různých mikrokontrolérů, jader, paměti, výkonu, periferie.

abstrakt, přidáno 12/24/2010


Struktura fragmentu procesoru. Funkční složení procesorové jednotky. Vstup / výstupní signály distributora. Řídicí firmware pro příkaz. Kontrola zařízení a synchronizace, princip jeho provozu. Vstupní porty, výstup mikrokontroléru.

kurz, přidáno 04/17/2015


Mikrokontrolér je počítačem na jediném čipu, jeho účelu pro správu elektronických zařízení v souladu s programem LAID. Programovací prostředí mikrokontroléru, připojovací obvod. Provádění programu na mikrokontroléru.

kurz, přidáno 02/21/2011


Mikrokontrolér jako čip navržený pro řízení elektronických zařízení, struktury a kompozitních prvků, rozsahu a prevalence. Moore zákon. Symbolické ladění programů pro MK. Data v programech assembler.

kurz práce, přidáno 11.12.2010


Účel a provozní podmínky LED zařízení na MK Attiny 15. Mikrokontrolér je jako mikroobvod navržený pro řízení elektronických zařízení. Odůvodnění jeho použití. Vývoj blokového schématu LED zařízení.

kurz práce, přidáno 04.04.2015


Projektování modulu procesoru - nezávislé zařízení, které v souladu se vstupními daty provádí jednu ze dvou akcí: násobí celá čísla nepodepsaných čísel a transformace binárního desetinného čísla do binárního systému. Design m-stroj.

práce kurzu, přidáno 06/16/2011


Koncepce a typy mikrokontrolérů. Vlastnosti programovacích mikroprocesorových systémů, výstavba chemických systémů řízení procesů. Studium architektury AVR mikrokontroléru AVR a budování na základě platformy Arduino.

práce kurzu, přidáno 01/13/2011


Vývoj rozhraní a rafinovaného konstrukčního obvodu, modulu procesoru, paměťových a vstupních / výstupních podsystémů, softwarový algoritmus. Posouzení softwaru a datové paměti. Strukturu adresního prostoru. Organizace klávesnice a indikace.

kurz, Přidáno 08/09/2015


Provádění dynamických pamětí pro osobní počítače ve formě čipů. Matrix paměťová čipová struktura na modulu. Dip - mikroobvod s dvěma řadami kontaktů na obou stranách pouzdra. Zvláštní označení na bydlení paměťového modulu.