Процессорное ядро микроконтроллера

Классификация и структура микроконтроллеров.

В настоящее время выпускается целый ряд типов МК. Все эти приборы можно условно разделить на три основных класса:

• 8-разрядные МК для встраиваемых приложений;

• 16- и 32-разрядные МК;

• цифровые сигнальные процессоры (DSP).

Наиболее распространенным представителем семейства МК являются 8-разрядные приборы, широко используемые в промышленности, быто­вой и компьютерной технике. Они прошли в своем развитии путь от про­стейших приборов с относительно слаборазвитой периферией до совре­менных многофункциональных контроллеров, обеспечивающих реализацию сложных алгоритмов управления в реальном масштабе вре­мени. Причиной жизнеспособности 8-разрядных МК является использование их для управления реальными объектами, где применяются, в основном, алгоритмы с преобладанием логических операций, скорость об­работки которых практически не зависит от разрядности процессора.

Росту популярности 8-разрядных МК способствует постоянное расши­рение номенклатуры изделий, выпускаемых такими известными фирма­ми, как Моtогоlа, Мicrochiр, Intel, Zilog, Аtmel и многими другими.

Современные 8-разрядные МК обладают, как правило, рядом отличи­тельных признаков.

Перечислим основные из них:

• модульная организация, при которой на базе одного процессорного
ядра (центрального процессора) проектируется ряд (линейка) МК,
различающихся объемом и типом памяти программ, объемом памяти
данных, набором периферийных модулей, частотой синхронизации;

• использование закрытой архитектуры МК, которая характеризуется
отсутствием линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса
МК. Таким образом, МК представляет собой законченную систему
обработки данных, наращивание возможностей которой с использованием параллельных магистралей адреса и данных не предполагается;

• использование типовых функциональных периферийных модулей
(таймеры, процессоры событий, контроллеры последовательных
интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и др.), имеющих
незначительные отличия в алгоритмах работы в МК различных производителей;

• расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые задаются в процессе инициализации регистров специальных
функций МК.

При модульном принципе построения все МК одного семейства со­держат процессорное ядро, одинаковое для всех МК данного семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных мо­делей. Структура модульного МК приведена на рис. 8.1.

Процессорное ядро включает в себя:

• центральный процессор;

• внутреннюю контроллерную магистраль (ВКМ) в составе шин адреса, данных и управления;

• схему синхронизации МК;

• схему управления режимами работы МК, включая поддержку режимов пониженного энергопотребления, начального запуска (сброса) и т.д.

Изменяемый функциональный блок включает в себя модули памяти различного типа и объема, порты ввода/вывода, модули тактовых генера­торов (Г), таймеры. В относительно простых МК модуль обработки пре­рываний входит в состав процессорного ядра. В более сложных МК он представляет собой отдельный модуль с развитыми возможностями. В состав изменяемого функционального блока могут входить и такие допол­нительные модули как компараторы напряжения, аналого-цифровые пре­образователи (АЦП) и другие. Каждый модуль проектируется для работы в составе МК с учетом протокола ВКМ. Данный подход позволяет созда­вать разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства.

Рис. 8.1.Модульная организация МК.