Однокристальные микроконтроллеры и цифровые сигнальные процессоры

Стоимость электронного устройства зависит от числа используемых микросхем. Чем больше микросхем – тем больше затраты на разработку принципиальной схемы и печатной платы устройства, на сборку готового изделия. Поскольку современная технология производства интегральных схем предоставляет возможность разместить на одном полупроводниковом кристалле огромное количество логических элементов, объединение основных узлов микропроцессорной системы внутри одной микросхемы позволяет получить элемент для построения весьма дешевых управляющих устройств. Такие микросхемы, получившие название однокристальных микроконтроллеров, находят широкое применение как в однопроцессорных, так и в многопроцессорных системах управления.

Кроме процессора, в состав однокристального микроконтроллера обычно входят запоминающие устройства (ОЗУ и ПЗУ), порты ввода-вывода, а также таймеры, позволяющие организовать работу в реальном масштабе времени. Кроме того, микроконтроллер может включать следующие узлы:

• Тактовый генератор;
• Контроллер прерываний;
• Контроллер прямого доступа к памяти;
• Сторожевой таймер;
• Универсальный последовательный интерфейс UART;
• Широтно-импульсный модулятор;
• Аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь.

Пример – микроконтроллер C8051F41x фирмы Silicon Labs – представлен на рис.4.1.

Рис. 4.1

Еще одна разновидность специализированного микропроцессора, используемого в системах управления – цифровой сигнальный процессор (DSP – Digital Signal Processor). Он предназначен для обработки аналоговых и цифровых сигналов, поступающих в систему по высокоскоростным каналам. В целом структура цифрового сигнального процессора схожа со структурой обычного микропроцессора, однако имеются несколько усовершенствований, направленных на повышение производительности именно при обработке сигнальной информации. К таким усовершенствованиям относятся:

• Встроенные ЗУ программ и данных с раздельными шинами (гарвардская архитектура). При этом ЗУ данных допускает одновременную выборку нескольких операндов, чем обеспечиваются параллельные вычисления и работа высокоскоростных интерфейсов.
• Встроенные многоканальные контроллеры прямого доступа к памяти.
• Модуль умножения с накоплением (MAC), позволяющий выполнить умножение и сложение полученного произведения с результатом предыдущей операции за один такт. Предназначен для ускорения выполнение таких функций, как быстрое преобразование Фурье.
• Встроенные высокоскоростные последовательные интерфейсы, обеспечивающие ввод-вывод обрабатываемой информации.
• Аппаратная поддержка кольцевых буферов. При достижении индексным регистром значения, соответствующего заданной верхней границе буфера, происходит автоматическое формирование индекса, соответствующего началу буфера.

В современных DSP используются такие способы повышения производительности, как конвейеризация, использование суперскалярной архитектуры и кэш-памяти.

Пример цифрового сигнального процессора – ADSP BF533 фирмы Analog Devices – приведен на рис. 4.2.

Рис. 4.2