32-разрядные микроконтроллеры фирмы "MOTOROLA"
Министерство образования
курсовой проект
по дисциплине _____Микропроцессорная техника_______
на тему: ____32-разрядные микроконтроллеры фирмы Motorola _______
Студент:
_4-ого_ курса, _2_ группы, _заочного_ отделения
Специальности_Промышленная электроника (сокр.)_ ________ ______
Подпись Дата ФИО
руководитель:
_______ _______ ______ __
Оценка Подпись Дата ФИО
Содержание
1 Введение
2 Общие сведения
3 Семейство
32-разрядных МК 68300
3.1 Семейства
32-разрядных МК с RISC-архитектурой
3.2 Семейство
МРС500
3.3 Семейство
МРС800
Литература
1 Введение
Микроконтроллер (MCU=МК) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Использование одной микросхемы, вместо целого набора ИС, как в случае обычных процессоров, применяемых в персональных компьютерах, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость устройств, построенных на базе микроконтроллеров.
Микроконтроллеры являются основой для построения встраиваемых систем, их можно
встретить во многих современных приборах, таких, как телефоны, стиральные машины и т. п. Большая ́ часть выпускаемых в мире процессоров — микроконтроллеры.
По мере усложнения
функций, выполняемых
2 Общие сведения
Первой и основной причиной, привлекающей пользователей к 16- и 32-разрядным МК, является их высокая производительность. Помимо увеличенной разрядности производительность определяется тактовой частотой. Фирма Motorola перекрывает своими изделиями практически весь диапазон тактовых частот. Например, 16-разрядные МК поддерживают диапазон 020,97 Мгц; 32-разрядные архитектуры на основе CISC-ядер 040 МГц. Учитывая, что Motorola уже выпускает процессоры (впоследствии становящиеся ядрами МК) с частотами до 350 МГц и разрабатывает процессоры с частотой до 1 ГГц, можно быть уверенным в возможности дальнейшего наращивания производительности при использовании МК этой фирмы.
Дополнительное
повышение производительности
Семейства
16- и 32-разрядных МК Motorola используют
стандартную внутримодульную
CPU32. Архитектурный облик CPU32 определил процессор 68000. Дополнительно использовались возможности микропроцессоров 68010, 68020; введены также дополнительные функции, ориентирующие архитектуру на встроенные приложения. CPU32 содержит 32-разрядные регистры адреса и данных и линейно адресует 16 Мбайт памяти с динамическим изменением разрядности шины (8 или 16). CPU32 обеспечивает быструю реакцию на прерывание и поддерживает режимы пониженного потребления.
Развитием
модуля CPU32 являются CPU32+ и CPU030. CPU32+ является
полностью 32-битной версией
3 Семейство 32-разрядных МК 68300
МК семейства 68300 являются, пожалуй, наиболее известными и распространенными из высокопроизводительных МК фирмы Motorola. Применение этих МК в промышленности крайне широко. Основными факторами успеха явились: высокопроизводительное 32-разрядное процессорное ядро, основанное на промышленном стандарте 68000; широкая номенклатура периферийных модулей, в том числе специализированных для определенных приложений; исключительная гибкость и простота построения и отладки системы.
Для упрощения рассмотрения МК семейства 68300, в нем можно выделить три основные группы, принципиально отличающиеся по функциональному назначению:
- коммуникационные МК. В эту группу модно отнести все МК, содержащие коммуникационный сопроцессор;
Отличительной особенностью коммуникационных МК (КМК) является наличие в их составе специализированного скоростного коммуникационного сопроцессора с RISC-ядром, управляющего обменом данными по нескольким независимым каналам, поддерживающего практически все распространенные протоколы обмена и позволяющего гибко и эффективно распределять и обрабатывать последовательные потоки данных с временным разделением каналов (например, ИКМ и ISDN PRI). Среди многочисленных применений КМК можно выделить цифровые телефонные станции, абонентское и групповое оборудование ISDN, базовые станции сотовой связи, модемы, терминалы, мосты, маршрутизаторы, а также распределенные промышленные контроллеры и многие другие устройства.
Все КМК имеют похожую структуру, включающую центральный процессор (CPU), осуществляющий общее управление; коммуникационный процессор (CPM), обрабатывающий последовательные данные; и модуль системной интеграции (SIM), упрощающий подключение памяти и внешних устройств. Обмен данными требует минимального участия CPU, функции которого сводятся, как правило, к обработке флагов окончания передачи и переустановке указателей - все остальные задачи по обработке протокола и управлению обменом автоматически выполняет интеллектуальный коммуникационный сопроцессор.
- МК для промышленного управления. МК этой группы содержат таймерный сопроцессор и применяются в индустриальных системах управления, автомобильных контроллерах, и т.д. МК этой группы содержат набор встроенных средств, оптимизированный для построения систем управления разнообразными промышленными объектами, требующими обработки быстротекущих процессов и интенсивных вычислений.
- МК общего назначения. Эти МК, иногда называемые интегрированными процессорами (ИП), содержат, помимо центрального процессора, только наиболее распространенную универсальную периферию: модуль системной интеграции, контроллер ПДП, последовательный интерфейс, часы реального времени, и т.д. В силу своей универсальности, интегрированные процессоры могут быть использованы практически в любом устройстве, требующем высокой производительности, высокой степени интеграции, гибкости и простоты подключения к внешним устройствам и памяти.
МС68331 является единственным МК этой группы, не содержащим таймерного сопроцессора. Этот МК ориентирован на приложения, в которых требуются простые конфигурации и умеренные требования к быстродействию при невысокой цене. 68331 содержит CPU32, SIM, таймер общего назначения и модуль последовательного доступа QSM.
МС68332 был разработан совместно с General Motors и изначально предназначался для высокоточного управления автомобильным двигателем, а также мощных электродвигателей различного типа. Архитектура этого МК оказалась настолько удачной, что область его применения существенно расширилась (сейчас МС68332 применяется, например, в сотовых абонентских аппаратах GSM) и возникло целое семейство модификаций базовой модели, кратко рассмотренное ниже. Полезным следствием популярности МС68332 является доступность программных отладочных средств, примеров применения, множество телеконференций, специализированные серверы независимых организаций, а также поддержка этого контроллера российскими техническими центрами Motorola.
МС68F333 является первым микроконтроллером семейства 68300, содержащим энергонезависимую память Flash EEPROM (48+16 КБайт). Кроме того, дополнительно к возможностям 68332 этот МК содержит 10-разрядный 8-канальный АЦП, 4 КБайта ОЗУ и однокристальный модуль системной интеграции SCIM, позволяющий использовать до 80 линий для ввода/вывода при выполнении программы из встроенной памяти.
МС68334 является упрощенной версией МС68F333, не содержащей Flash-памяти и модуля связи, а также имеющий уменьшенный объем ОЗУ (1 КБайт).
МС68336 имеет еще более мощную таймерную подсистему, представленную, помимо ТPU, конфигурируемым таймером СТМ4, который содержит 4 универсальных двунаправленных канала, 4 канала ШИМ и 2 временные базы. АЦП с очередью преобразований QADC имеет несколько режимов автоматиче-ского преобразования по 16 каналам с записью результата в буферное ОЗУ. Объем ОЗУ увеличен до 7,5 КБайт (3,5 К ОЗУ с поддержкой кода TPU и 4 К ОЗУ данных).
МС68376 является расширением МС68336, в котором дополнительно содержится масочное ПЗУ и модуль сетевого контроллера (TouCANT), поддерживающего протокол CAN 2.0B. Этот МК предназначен в первую очередь для массовых автомобильных приложений (управление двигателем, активная подвеска).
Основной причиной успеха представителей семейства 683хх в сфере промышленного управления стал оптимальный набор встроенных функций и, в особенности, наличие мощного таймерного сопроцессора TPU.
Таймерный сопроцессор (TPU, Time Processor Unit) является интеллектуальной полуавтономной подсистемой, предназначенной для восприятия и генерации высокоскоростных сигналов в реальном масштабе времени без участия центрального процессора. TPU, в отличие от обычного таймера, позволяет устанавливать и отрабатывать любые взаимосвязи между каналами с помощью собственного микроядра, не отвлекая центральный процессор. При этом для использования даже сложных таймерных функций не требуется знание микрокода TPU, поскольку библиотека основных функций TPU находится в масочном ПЗУ МК. Список функций, каждую из которых можно получить на любом из 16-ти независимых каналов, приведен ниже в табл. 2, 3 (существует два типа масок, называемых "А" и "G", поэтому при заказе МК необходимо указывать тип маски, которая больше подходит для данного приложения).
Каждый из 16-ти независимых двунаправленных каналов содержит регистр входной фиксации, регистр выходного сравнения и логику защелок. Выбор и установка параметров любой функции осуществляется записью в соответствующие регистры управления, расположенные в ОЗУ параметров. Через ОЗУ параметров осуществляется также обмен параметрами между TPU и CPU. Две независимые временные базы с возможностью внешнего тактирования дополнительно повышают гибкость использования TPU. Микроядро выполняет обработку запросов на обслуживание, поступающих от каналов через приоритетный планировщик. Микроядро выполняет алгоритмы обслуживания каналов в соответствии с микрокодом либо из масочного ПЗУ (функции, приведенные в табл. 2, 3), либо из модуля ОЗУ с эмуляцией TPU (здесь могут быть выполнены любые алгоритмы пользователя). При необходимости написать собственный микрокод для TPU пользователь может воспользоваться ассемблером TPUASM, свободно доступном через Internet (раздел FTP файл-сервера, посвященный TPU). Здесь же находятся исходные тексты всех библиотечных функций, а также исходные тексты программ, описанных в статьях о примерах применений.
3.1 Семейства 32-разрядных МК с RISC-архитектурой
В настоящее время Motorola выпускает два семейства МК, имеющих процессорное ядро с RISC-архитектурой. Эти МК обеспечивают наивысшие показатели производительности, и при этом оптимизированы для встроенных приложений с точки зрения простоты построения системы, потребления и цены.
- новое семейство интегрированных 32-разрядных RISC-процессоров ColdFire. Основанный на концепции переменной длины команд, ColdFire сочетает архитектурную простоту стандартного 32-разрядного RISC-процессора с экономией памяти. Использование архитектуры с инструкциями переменной длины дает значительные преимущества по сравнению со стандартной RISC-архитектурой с инструкциями фиксированной длины. Уплотненный двоичный код процессора ColdFire занимает меньшие объемы памяти, чем код RISC-процессора с инструкциями фиксированной длины. Это позволяет более эффективно использовать память системы для прикладной программы, а также выбирать более медленную и менее дорогостоящую память для достижения заданного уровня производительности. При этом система команд и программная модель, очень похожие на 68К, позволяют пользователям 68К легко осуществить переход к повышенной производительности RISC-семейства. Интегрированные периферийные функции обеспечивают высокую эффективность и гибкость. Стандартная конфигурация предполагает наличие последовательного интерфейса, двух многофункциональных таймеров, программируемого сторожевого таймера и системной интеграции: управления внешними шинами, системной защиты, прерываниями, встроенного отладчика.
- семейства МК МРС500 и МРС800 основаны на 32-разрядном ядре PowerPC с RISC-архитектурой. Это ядро, получающее все более широкое распространение как в компьютерных, так и во встраиваемых системах, уже хорошо зарекомендовало себя как надежный и экономичный вычислитель, поддерживаемый большинством фирм-производителей отладочных средств. Это ядро стало основой RISC-ядра мощных высокопроизводительных микроконтроллеров и интегрированных процессоров групп МРС 500 и МРС 800. МК группы МРС500 ориентированы на сложные задачи управления и применяются в мощных промышленных контроллерах, а группа МРС800 предназначена для использования в высокоскоростном коммуникационном оборудовании.
Основными особенностями МК с ядрами PowerPC являются:
- суперскалярная RISC-архитектура. Обработка нескольких команд одновременно для обеспечения сверхвысокой производительности.
- широкий спектр применений : карманные, встроенные, портативные, серверные, мультипроцессорные системы;
- операционные системы реального времени для встроенных приложений; VMEexec, VxWorks, Psos+, LynxOS, VRTX, OS9, OSE Delta (ENEA), CHORUS и другие.
3.2 Семейство МРС500
Первым МК Motorola, созданным на базе ядра PowerPC, является МРС505. Этот МК использует 32-битовую часть архитектуры PowerPC, которая обеспечивает 32-битовые эффективные адреса, 8-, 16-, 32-разрядные данные целого типа, а также 32- и 64-разрядные данные с плавающей точкой.
Центральный процессор (RCPU) объединяет в себе четыре операционных блока: целочисленный блок (IU), блок загрузки/хранения (LSU), блок выполнения переходов (BPU), блок плавающей точки (FPU). RCPU способен выполнять за секунду одну последовательную команду (без переходов). К тому же, команды переходов вычисляются предварительно, когда это возможно, в нулевом временном цикле выполнения (это справедливо для многих команд переходов). Команды могут выполняться в том порядке, который позволяет повысить производительность.
МРС505 включает 4 КБайта встроенной кэш-памяти, 4КБайта статического ОЗУ, блок системной интеграции с программируемыми выборками, а также встроенный отладчик. MPC505 имеет 32-битовые шины данных и адреса. MCU поддерживает 16-битовую и 32-битовую память, а также одиночную и пакетную передачу при доступе к памяти данных
3.3 Семейство МРС800
В это семейство входят МК, содержащие RISC-ядро PowerPC с производительностью 53MIPS и коммуникационный сопроцессор, аналогичный используемому в КМК семейства 68300. В состав семейства входят КМК МРС860, МРС821 и МРС823.
Структура МРС860 представлена ниже на рисунке. 32-разрядный процессор PowerPC содержит по 4К байт кэш-памяти данных и команд, а также модули управления памятью данных и команд.
Новый модуль системной интеграции поддерживает все основные типы памяти, включая EDO DRAM и синхронную динамическую память и обладает крайней универсальностью за счет того, что позволяет пользователю формировать практически любую временную диаграмму обращения к памяти с помощью программируемого автомата состояний.
Модуль системной интеграции содержит, кроме того, контроллер PCMCIA (master), синтезатор тактовой частоты, а также стандартные для SIM функции: системную защиту, обслуживание прерываний и часы реального времени. Коммуникационный процессор обладает, дополнительно к функциям CPM МС68360, возможностью программно обслуживать модемные протоколы до V.34 с помощью встроенного блока МАС (Multiply and Accumulate, умножение с накоплением). Добавлены также интерфейс I2C и два обслуживающих его канала ПДП.
Версии МРС860 включают МРС860EN, поддерживающий до 4 каналов Ethernet одновременно, MPC860DC с сокращенным до 2 количеством SCC, MPC860DE c двумя каналами Ethernet, а также MPC860MH, обеспечивающий обработку 32 каналов HDLC плюс Ethernet.
Коммуникационный контроллер МРС821 имеет структуру, схожую с МРС860, и отличается наличием контроллера ЖКИ дисплея с разрешением VGA 640х480 и 16 цветами (градациями серого), а также уменьшенным до 2 количеством каналов SCC. МРС823 также содержит контроллер ЖКИ с поддержкой видеовыхода на ЭЛТ, имеет один канал SCC и последовательный интерфейс USB (Universal Serial Bus).
Литература
- М. Куприянов, О. Мартынов, Д. Панфилов. Коммуникационные контроллеры фирмы Motorola.-БХВ-Петербург, 2001.-560с.
- Ремизевич Т.В. Микроконтроллеры для встраиваемых приложений: от общих подходов - к семействам HC05 и HC08 фирмы Motorola, под редакцией Кирюхина И.С.-М.: Додэка, 2000, 272 стр..
- Шагурин И.И. Микропроцессоры и микроконтроллеры фирмы МOTOROLA. Справочное пособие. Москва. Радио и связь, 1998, 556 стр.
- 38 Уровень и качество жизни, их показатели
- 3D моделирование
- 3D – телевидение
- 3 границы вмешательства государства в экономику
- 3-х комнатный жилой дом
- 3-х этажный 6-ти квартирный жилой дом
- 3-этажный 12-квартирный кирпичный жилой дом
- 2-х секционный 3-х этажный жилой дом 12 квартир
- 2-х этажное кирпичное административное здание
- 2-х этажный 4-х квартирный жилой дом со стенами из пустотелого кирпича в городе Москва
- 2-х этажный жилой дом
- 2-х этажный одноквартирный жилой дом усадебного типа
- 2-этажный 2-квартирный жилой дом
- 30-жылдардағы қазақ поэзиясының бет-бейнесі