Программа для ЭВМ это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке
 Скачать 1.98 Mb.
|
45.Структурная организация однокристальных микроконтроллеров (на примере 8- разрядных микроконтроллеров): модульный принцип построения, типы процессорных ядер.Микроконтроллерыявляются специализированными микропроцессорами, которые ориентированы на реализацию устройств управления, встраиваемых в разнообразную аппаратуру. Характерной особенностью структуры микроконтроллеров является размещение на одном кристалле с центральным процессором внутренней памяти и большого набора периферийных устройств. В состав периферийных устройств обычно входят несколько параллельных портов ввода/вывода данных (от 1 до 8), один или два последовательных порта, таймерный блок, аналого- цифровой преобразователь. Кроме того, различные типы микроконтроллеров содержат дополнительные специализированные устройства, такие как блок формирования сигналов с широтно-импульсной модуляцией, контроллер жидкокристаллического дисплея и ряд других. Благодаря использованию внутренней памяти и периферийных устройств реализуемые на базе микроконтроллеров системы управления содержат минимальное количество дополнительных компонентов. Для удовлетворения запросов потребителей выпускается большая номенклатура микроконтроллеров, которые принято подразделять на 8-, 16- и 32-разрядные. 8-разрядныемикроконтроллерыпредставляют наиболее многочисленную группу этого класса микропроцессоров, которые имеют относительно низкую производительность, которая, однако, вполне достаточна для решения широкого круга задач управления различными объектами. Это простые и дешевые микроконтроллеры, ориентированные на использование в относительно несложных устройствах массового выпуска. Основными об¬ластями их применения являются бытовая и измерительная техника, промышленная автоматика, автомобильная электроника, теле-, видео- и аудиоаппаратура, средства связи. Структурную организацию однокристальных микроконтроллеров рассмотрим на примере 8-разрядных МК. Модульный принцип построения Микроконтроллеры представляют собой законченную микропроцессорную систему обработки информации, которая реализована в виде одной интегральной микросхемы. МК объединяет в пределах одного полупроводникового кристалла основные функциональные блоки микропроцессорной управляющей системы: центральный процессор, ПЗУ, ОЗУ, периферийные устройства для ввода и вывода информации. Особенностью структурной организации однокристальных МК является модульныйпринциппостроения. Модульный принцип построения обеспечивает широкое разнообразие моделей МК, а также возможность разработки и производства новых моделей МК в короткие сроки. При модульном принципе построения все МК одного семейства содержат в себе базовый функциональный блок, который одинаков для всех МК семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей в пределах одного семейства (рис. 71).  Рисунок 71 – Модульная структура микроконтроллераБазовый функциональный блок включает:
Базовый функциональный блок принято называть процессорнымядромМК. Процессорное ядро обозначают именем семейства МК, основой которого оно является. Например, ядро НС11 – процессорное ядро семейства Motorola МС68НС11, ядро MCS-51 – ядро семейства МК Intel 8хС51, ядро PIC16 – процессорное ядро Microchip PIC16. Изменяемыйфункциональныйблоквключает модули памяти различных типов, модули периферийных устройств, модули генераторов синхронизации и некоторые дополнительные модули специальных режимов работы МК. Представленный на уровне схемы электрической принципиальной, каждый модуль имеет выводы для подключения его к магистралям процессорного ядра. Это позволяет на уровне функционального проектирования новой модели МК подсоединять те или иные модули к магистралям процессорного ядра, создавая, таким образом, разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства. На уровне топологического проектирования ИС МК, объединенные в составе МК, модули размещают на одном полупроводниковом кристалле. Отсюда появилось выражение «интегрированные на кристалл» периферийные модули. Совокупность модулей, которые разработаны для определенного процессорного ядра, принято называть библиотекойпериферийныхмодулей. Библиотека каждого современного семейства МК включает модули пяти функциональных групп:
Для 8-разрядных МК характерна, как правило, закрытаяархитектура, при которой линии внутренних магистралей адреса и данных отсутствуют на выводах корпуса МК. Как следствие, не предоставляется возможность использования внешних по отношению к МК ИС запоминающих устройств. Группа модулей периферийных устройств включает следующие основные типы:
Возможны также некоторые другие типы модулей, например, модуль прямого доступа к памяти, модуль управления ключами силовых инверторов напряжения, модуль генератора DTMF для тонального набора номера в телефонии и т.п. Система синхронизации 8-разрядных МК функционально разделяется на собственно генератор синхронизации, который выделяется в отдельный модуль, и схему формирования многофазной последовательности импульсов для тактирования центрального процессора и межмодульных магистралей, которая является неотъемлемой частью процессорного ядра. Имеется возможность выбора внешнего времязадающего элемента: кварцевый или керамический резонатор, RC-цепь. Повышение производительности процессорного ядра МК связано с повышением частоты тактирования центрального процессора и межмодульных магистралей. Однако применение высокочастотных кварцевых резонаторов в качестве времязадающего элемента повышает уровень электромагнитного излучения, т.е. возрастает интенсивность генерации помех. Поэтому часто генераторы синхронизации имеют в своем составе умножитель частоты с программно настраиваемым коэффициентом умножения. Умножитель частоты выполняется по схеме синтезатора с контуром фазовой автоподстройки (PLL – Phase Loop Lock). Цепи синтезатора частоты и регистры специальных функций для управления режимами его работы включаются в один из модулей генератора синхронизации. Модули контроля за напряжением питания и ходом выполнения программы осуществляют диагностику некоторых подсистем МК и позволяют восстановить работоспособность устройства на основе МК при нарушениях программного характера, сбоях в системе синхронизации, снижении напряжения питания. Модули внутрисхемной отладки и программирования являются аппаратной основой режимов отладки и программирования, которые позволяют отлаживать прикладную программу и заносить коды программы в энергонезависимую память МК прямо на плате конечного изделия, без использования дополнительных аппаратных средств отладки и программирования. Типы процессорных ядер Процессорное ядро представляет собой неразрывное единство трех составляющих его технических решений:
Эти три составляющие неразрывно связаны друг с другом и, в конечном счете, определяют важнейший параметр процессорного ядра МК – его производительность |