1. Структура памяти микроконтроллеров
 Скачать 21.11 Kb.
|
|
1. Структура памяти микроконтроллеров. Подсистема памяти МК семейства 68HC12/HCS12 включает четыре различных модуля памяти: энергонезависимая Flash память программ, энергонезависимая EEPROM память данных, статическое ОЗУ и блок регистров специальных функций для управления режимами работы периферийных модулей. Расположение различных модулей памяти в адресном пространстве МК принято отражать на так называемой карте памяти. Указанные на ней адреса будут действительны при выходе МК из состояния сброса. В ходе исполнения прикладной программы адресное пространство для каждого модуля памяти может быть изменено. Тогда для обращения к ячейкам памяти будут использоваться не указанные на рис. физические адреса, а измененные виртуальные адреса. 2. Память программ. Микроконтроллер B32 предназначен для использования преимущественно в однокристальном режиме работы. Он содержит в себе 32Кб ПЗУ программ, 768 байт памяти типа EEPROM, 1Кб статического ОЗУ и 512 регистров управления. Строго говоря, аббревиатура EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) обозначает энергонезависимую память с электрическим программированием и электрическим стиранием. Поэтому и резидентная память программ, выполненная на основе технологии FLASH, и энергонезависимая память данных должны быть характеризованы как EEPROM. 3. Память данных. Память данных МК выполняется, как правило, на основе статического ОЗУ. Термин "статическое" означает, что содержимое ячеек ОЗУ сохраняется при снижении тактовой частоты МК до сколь угодно малых значений (с целью снижения энергопотребления). Большинство МК имеют такой параметр, как "напряжение хранения информации" — USTANDBY. При снижении напряжения питания ниже минимально допустимого уровня UDDMIN, но выше уровня USTANDBY работа программы МК выполняться не будет, но информация в ОЗУ сохраняется. При восстановлении напряжения питания можно будет сбросить МК и продолжить выполнение программы без потери данных. Уровень напряжения хранения составляет обычно около 1 В, что позволяет в случае необходимости перевести МК на питание от автономного источника (батареи) и сохранить в этом режиме данные ОЗУ. Объем памяти данных МК, как правило, невелик и составляет обычно десятки и сотни байт. Это обстоятельство необходимо учитывать при разработке программ для МК. Так, при программировании МК константы, если возможно, не хранятся как переменные, а заносятся в ПЗУ программ. Максимально используются аппаратные возможности МК, в частности, таймеры. Прикладные программы должны ориентироваться на работу без использования больших массивов данных. 4. Энергозависимая память. Энергозависимая память - это временная оперативная память (ОЗУ) установленная на ПК. Это тип памяти которая хранит файлы программ и ОС, с которыми пользователь активно работает, но она не сохраняет своё содержимое, когда пользователь отключает компьютер. ОЗУ работает намного быстрее, чем постоянное запоминающее устройство, которое имеет компьютер, поэтому она хорошо выполняет свою работу. Но временный характер энергозависимой памяти является недостатком, поскольку пользователь потеряет любые несохраненные данные, если его или её компьютер неожиданно потеряет электроэнергию или если компьютер не заработает. Все компьютеры и многие другие устройства используют энергозависимую память, поскольку она необходима для быстрого доступа к файлам и их хранения, а также операционной системы и программ и хранит информацию в памяти при условии, что компьютер имеет питание. Когда пользователь открывает какую нибудь программу и начинает вводить документ, программа и её данные выполняются в ОЗУ ПК до тех пор, пока пользователь не сохранит файл на жёсткий диск, компакт-диск или флеш диск для постоянного хранения. Это описывает энергонезависимую память. Сюда относятся жёсткие диски, флэш-память и постоянное запоминающее устройство. Энергонезависимая и энергозависимая память работают вместе, чтобы играть важную роль в хранении и передаче данных на компьютере. 5. Энергонезависимая память. Обобщенное понятие энергонезависимой памяти (NV Storage) означает любое устройство, хранящее записанные данные даже при отсутствии питающего напряжения (в отличие от статической и динамической полупроводниковой памяти). В данном разделе рассматриваются только электронные устройства энергонезависимой памяти, хотя к энергонезависимой памяти относятся и устройства с подвижным магнитным или оптическим носителем. Существует множество типов энергонезависимой памяти: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash Memory, FRAM, различающихся по своим потребительским свойствам, обусловленным способом построения запоминающих ячеек, и сферам применения. 6. Регистры специальных функций МК. Блок регистров специальных функций микроконтроллера по реализуемым функциям очень похож на пульт управления. Каждый регистр осуществляет управление или отображает состояние того периферийного модуля МК, к которому он отнесен в техническом описании. Часть битов регистров специальных функций может быть сопоставлена с переключателями: установка бита в 1 разрешает реализацию, какой-либо функции периферийного модуля, сброс в 0 - прекращает исполнение этой функции. Другая часть битов регистров аналогична индикаторам состояния: установка 1 свидетельствует о завершении выполнения назначенной функции, пребывание в 0 свидетельствует о том, что процесс еще не завершился. Регистры специальных функций МК семейства 68HC12/HCS12 объединены в блок, который размещается в адресном пространстве памяти МК. Доступ к каждому из 512 регистров блока осуществляется теми же командами центрального процессора, что и к ячейкам памяти. Никакого различия с точки зрения программного обслуживания между регистрами специальных функций и ячейками ОЗУ не существует. Исключение составляют лишь регистры конфигурации и другие, так называемые защищенные регистры, состояние которых невозможно изменить в произвольный момент исполнения прикладной программы. В момент начального запуска, когда МК находится в состоянии сброса, в каждый регистр специальных функций записывается определенное в техническом описании значение. Начальные состояния регистров специальных функций обычно таковы, что функции соответствующего периферийного модуля отключены. Это очень удобно как с точки зрения потребления энергии микроконтроллером, так и с точки зрения программиста, составляющего прикладную программу управления. Если при запуске большинство периферийных модулей не работает, то МК потребляет минимальную энергию. Далее будут активизированы только те модули, которые потребуются для выполнения управляющего алгоритма. Остальные модули останутся не задействованными, что обеспечит минимизацию энергии потребления в процессе функционировании конечного устройства. При составлении программы управления МК сначала предстает перед разработчиком в минимальной конфигурации, когда большинство периферийных модулей как бы не существует. Таким МК легко управлять, поэтому ошибок в прикладной программе будет меньше. По мере реализации программы управления разработчик активизирует работу только тех модулей, которые ему потребуются. Поэтому ему не придется думать о программном обслуживании не задействованных при реализации алгоритма периферийных модулей. Каждый регистр специальных функций имеет свой собственный адрес в карте памяти МК. При программировании на ассемблере изменение значений регистров специальных функций и считывание их состояния может быть произведено командами загрузки и пересылки данных, такими как LDAA, STAA, MOV, а также командами битовых операций BSET, BCLR. Для того чтобы избавить программиста от запоминания физических адресов регистров специальных функций, следует использовать псевдокоманду операции присваивания EQU языка Ассемблер. Эта псевдокоманда назначит символьному имени регистра, которое одинаково для всех моделей МК семейства 68HC12/HCS12, абсолютный адрес. И при записи исходного текста программы можно будет использовать только символьные имена регистров специальных функций. Использование символьных имен также полезно при переносе прикладной программы с одной модели МК на другую. В этом случае следует заменить только абсолютные адреса в псевдокомандах, в то время, как исходный текст программы останется неизменным. 7. Регистры управления модулем АЦП. Регистры АЦП: ADMUX - регистр выбора входа мультиплексора ADCSRA - регистр управления АЦП A ADCSRB - регистр управления АЦП B ADCL и ADCH - регистры с результатом преобразования АЦП DIDR0 - регистр управления входами мультиплексора 8. Стековая память. Перемещение данных при записи и считывании информации в стековой памяти подобно тому, как это имеет место в сдвигающих регистрах. С точки зрения реализации механизма доступа к стековой памяти выделяют аппаратный и аппаратно-программный (внешний) стеки. Аппаратный стек представляет собой совокупность регистров, связи между которыми организованы таким образом, что при записи и считывании данных содержимое стека автоматически сдвигается. Обычно емкость аппаратного стека ограничена диапазоном от нескольких регистров до нескольких десятков регистров, поэтому в большинстве МП такой стек используется для хранения содержимого программного счетчика и его называют стеком команд. Основное достоинство аппаратного стека - высокое быстродействие, а недостаток - ограниченная емкость. Наиболее распространенным в настоящее время и, возможно, лучшим вариантом организации стека в ЭВМ является использование области памяти. Для адресации стека используется указатель стека, который предварительно загружается в регистр и определяет адрес последней занятой ячейки. Помимо команд CALL и RET, по которым записывается в стек и восстанавливается содержимое программного счетчика, имеются команды PUSH и POP, которые используются для временного запоминания в стеке содержимого регистров и их восстановления, соответственно. В некоторых МП содержимое основных регистров запоминается в стеке автоматически при прерывании программ. Содержимое регистра указателя стека при записи уменьшается, а при считывании увеличивается на 1 при выполнении команд PUSH и POP, соответственно. 9. Преимущества программирования на языке Си и Ассемблер. Assembler Парадоксально, но под микроконтроллеры писать на ассемблере ничуть не сложней чем на Си. В самом деле, программирование контроллера неотделимо от его железа. А когда пишешь на ассемблере, то обращаешься со всей периферией контроллера напрямую, видишь что происходит и как это происходит. Главное, что при этом ты четко понимаешь что, как и зачем ты делаешь. Очень легко отлаживать и работа программы как на ладони. Да и сам ассемблер изучается очень быстро, за считанные дни. Достаточно постоянно иметь перед глазами систему команд и навык программирования алгоритмов. А соответствующее состояние мозга, когда начинаешь мыслить ассемблерными конструкциями наступает очень быстро. C С куда проще, подключил нужную библиотеку, набрал стандартную команду и вот тебе результат. Но это только так кажется. На самом деле, дела обстоят сложнее. Особенно когда дело начинает касаться адресации разных видов памяти. У AVR, как и подавляющего числа МК, память разделена на код и данные и адреса у них в разных адресных пространствах о которых стандарт Си ничего не знает, ведь он рассчитан на некий универсальный вычислитель. А тут приходится вводить всякие модификаторы, квалификаторы и без яростного курения мануалов разобраться в этих примочках бывает очень сложно. Особенно работа с памятью осложняется тем, что программа то работает в том и другом случае, но вот если неправильно указать тип памяти, то оперативка забьется константами и в дальнейшем программу скрючит в самый неподходящий момент. |