Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
1) tiny AVR - МК в 8-выводном корпусе низкой стоимости;
2) classic AVR - основная линия МК с производительностью до 16 MIPS,
Flash память программ объемом до 8 Кбайт и статическим ОЗУ данных
128...512 байт;
3) mega AVR - МК для сложных приложений, требующих большого объема памяти
(Flash ПЗУ до 128 Кбайт), ОЗУ до 4 Кбайт, производительностью до 6 MIPS.
Приведенная краткая аннотация семейств 8-разрядных МК является далеко не
полной, 8-разрядные МК выпускают также фирмы "ST-Microelectronics"
(семейства ST6, ST7 и ST9), "National Semiconductor" (семейство СОР8),
"Zilog", NEC, "Mitsubishi", "Hitachi", "Toshiba", "Scenix" и др.
Продукция этих фирм постепенно появляется на российском рынке, но пока не
получила широкого распространения.
4.1.3. ПРОЦЕССОРНОЕ ЯДРО МК
Процессорное ядро представляет собой неразрывное единство трех
составляющих его технического решения:
1) архитектуры центрального процессора с присущими ей набором регистров
для хранения промежуточных данных, организацией памяти и способами
адресации операн-. дов в пространстве памяти, системой команд,
определяющей набор возможных действий над операндами, организацией
процесса выборки и исполнения команд',
2) схемотехники воплощения архитектуры, которая определяет
последовательность перемещения данных по внутренним магистралям МК между
регистрами, арифметическо-логическим устройством и ячейками памяти в
процессе выполнения каждой команды;
3) технологии производства полупроводниковой БИС МК, которая позволяет
разместить схему той или иной сложности на полупроводниковом кристалле,
определяет допустимую частоту переключений в схеме и энергию потребления.
Эти три составляющие неразрывно связаны друг с другом и, в конечном
счете, определяют важнейший параметр процессорного ядра МК - его
производительность.
Ядро современных 8-разрядных МК реализуют как на основе CISC-архитектуры
- это МК семейств НС05, НС11, НС08 фирмы "Motorola", семейства MCS-51
фирм "Intel", "Atmel", "Philips", МК семейства С500 фирмы "Infineon", -
так и на основе RISC-архитектуры - семейства PIC16, PIC17, Р1С18фирмы
"Microchip", семейство AVR фирмы "Atmel", семейство SX фирмы "Scenix".
В приложении к 8-разрядным МК микропроцессор с CSIC-архитекгурой имеет
однобайтовый, двухбайтовый и трехбайтовый (редко четырехбайтовый) формат
команд. Выборка команды из памяти осуществляется побайтно в течение
нескольких машинных циклов. Время выполнения каждой команды с учетом
времени выборки в большинстве случаев составляет от 1 до 10 циклов.
Длительность машинного цикла равна периоду частоты тактирования
внутренних магистралей микроконтроллера fBus. Максимально допустимое
значение частоты fBUS является одной из важнейших характеристик
процессорного ядра, так как чем больше fBUS, тем выше его
производительность. Следует особо обратить внимание, что для МК с CISC
архитектурой частота тактирования внутренних магистралей МК fBUS всегда в
несколько раз меньше предельно допустимой частоты кварцевого резонатора,
который используется в качестве времязадающего элемента встроенного
генератора.
289
а-РАЗРЯДНЫЕ микроконтроллеры
Микроконтроллер с RISC-архитектурой имеет формат команды фиксированной
длины: например, 12, 14 или даже 16 бит для МК с 8-разрядным форматом
обрабатываемого слова. Выборка из памяти и исполнение подавляющего
большинства команд осуществляются за один машинный цикл МК, т. е. один
период fgus - одна команда. Однако и для МК с RISC-архитектурой частота
fgus не всегда совпадает с частотой подключаемого кварцевого резонатора.
Производительность микропроцессоров и МК в том числе принято оценивать
числом элементарных операций, которые могут быть выполнены в течение
одной секунды. Единица измерения производительности - миллион операций в
секунду (MIPS). Для расчета численного значения производительности в MIPS
принято использовать время выполнения команды пересылки "регистр-
регистр". Эта команда присутствует в перечне инструкций Ассемблера любого
микропроцессора и имеет минимальное время выполнения.
Производительность (MIPS) = 1/tm"aHdbl (мкс).
На практике в качестве косвенного параметра для оценки производительности
МК используют предельную частоту тактирования, т. е. частоту
времязадающего элемента генератора синхронизации fXCLK. Именно эта
частота обычно указана в справочных данных 8-разрядного МК. Однако
использовать ее для прямого расчета производительности в большинстве
случаев нельзя. Дело в том, что длительность машинного цикла центрального
процессора определяется частотой обмена по внутренним магистралям адреса
и данных fBus. Соотношение fXCLK и feus индивидуально для каждого
процессорного ядра МК. Так для "Intel" MSC-51 fXCLI/fBUS - 12, для
"Microchip" PIC16 fxcu/fBUS = 4, для AVR "Amtel" fXCL/fBUS = 1. В MK
"Motorola" HC08 тактирование осуществляется с использованием умножителя
частоты и fBUS > fXCLK Поэтому при сравнении производительности различных
МК следует сопоставлять максимальную частоту тактирования межмодульных
