МК
Семейства микроконтроллеров (Лекция)
ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. MCS-51 (Intel) 2. PIC (Microchip) 3. AVR (Atmel) 4. ARM (ARM Limited) Микроконтроллеры
объединяются в семейства. К одному семейству относят изделия, имеющие
одинаковое ядро – совокупность таких понятий, как система команд, циклограмма
работы ЦП, организация памяти программ и памяти данных, система прерываний и
базовый набор периферийных устройств. Отличия между различными представителями
одного семейства заключаются, в основном, в составе периферийных устройств и
объеме памяти программ или данных. Наиболее важная особенность семейства –
программная совместимость на уровне двоичного кода всех входящих него МК. 1. MCS-51 (Intel) Intel 8051 – это однокристальный микроконтроллер (не путать с процессором) гарвардской архитектуры, который был впервые произведен Intel в 1980 году, для использования во встраиваемых системах. В течение 1980-ых и начале 1990-ых годов был чрезвычайно популярен. Однако в настоящее время устарел и вытеснен более современными устройствами, с 8051-совместимыми ядрами, производимыми более чем 20 независимыми производителями, такими как Atmel, Maxim IC (дочерняя компания Dallas Semiconductor), NXP (ранее Philips Semiconductor), Winbond, Silicon Laboratories, Texas Instruments и Cypress Semiconductor. Существует также
советский клон данной микросхемы, КР1816ВЕ51. Официальное название
8051-семейства микроконтроллеров Intel – MCS-51. 2. PIC (Microchip) PIC –
микроконтроллеры Гарвардской архитектуры, производимые американской компанией Microchip
Technology Inc. Название PIC является сокращением от Peripheral Interface Controller, что означает «периферийный интерфейсный
контроллер». В основу концепции PIC, единую для всех выпускаемых
семейств, была положена RISC-архитектура (Reduced Instruction Set Computer – архитектура с сокращенным набором команд) с
системой простых однословных команд, применение встроенной памяти программ и
данных и малое энергопотребление. В основе RISC-архитектуры лежат основополагающие принципы: -
любая операция выполняется за один такт; -
система команд должно содержать минимальное
число инструкций одинаковой длины; -
операции обработки данных реализуются только в
формате «регистр-регистр»; -
результаты должны формироваться со скоростью
одно слово за такт. В номенклатуре Microchip Technology Inc.
представлен широкий спектр 8-и, 16-и и 32-битных микроконтроллеров и цифровых
сигнальных контроллеров под маркой PIC. Отличительной особенностью
PIC-контроллеров является хорошая преемственность различных семейств. Это и
программная совместимость (единая бесплатная среда разработки MPLAB IDE), и
совместимость по выводам, по периферии, по напряжениям питания, по средствам
разработки, по библиотекам и стекам наиболее популярных коммуникационных
протоколов. Номенклатура насчитывает более 500 различных контроллеров со
всевозможными вариациями периферии, памяти, количеством выводов,
производительностью, диапазонами питания и температуры и т. д. 3. AVR (Atmel) Концепция новых скоростных микроконтроллеров была
разработана группой разработчиков исследовательского центра ATMEL в Норвегии,
инициалы которых затем сформировали марку AVR
(Alf Bogen / Vergard Wollan / Risc architecture). Первые микроконтроллеры AVR AT90S1200
появились в середине 1997 г. и быстро снискали расположение потребителей. AVR-архитектура, на основе
которой построены микроконтроллеры семейства AT90S, объединяет мощный
гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32
регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр-
аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-бит длины. Большинство
команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и
выборкой следующей команды, что обеспечивает производительность до 1 MIPS на
каждый МГц тактовой частоты. Достоинства: -
высокий показатель
быстродействие/энергопотребление; -
удобные режимы программирования; -
широкая номенклатура; -
доступность программно-аппаратных средств
поддержки; -
высокая нагрузочная способность выходов. 4. ARM (ARM Limited) Архитектура ARM (Advanced RISC Machine,
Acorn RISC Machine, усовершенствованная RISC-машина) – семейство
лицензируемых 32-битных и 64-битных микропроцессорных ядер разработки компании ARM Limited.
Компания занимается исключительно разработкой ядер и инструментов для них
(компиляторы, средства отладки и т. п.), зарабатывая на лицензировании
архитектуры сторонним производителям. В 2007 году около
98 % из более чем миллиарда мобильных телефонов, продаваемых ежегодно, были оснащены по крайней мере одним процессором ARM. По состоянию на 2009 на процессоры ARM приходится до 90 % всех
встроенных 32-разрядных процессоров. Процессоры ARM широко используются в
потребительской электронике – в том числе КПК, мобильных телефонах, цифровых
носителях и плеерах, портативных игровых консолях, калькуляторах и компьютерных периферийных устройствах, таких как жесткие
диски или маршрутизаторы. Данные процессоры
имеют низкое энергопотребление, поэтому находят широкое применение во
встраиваемых системах и доминируют на рынке мобильных устройств, для которых
важно низкое энергопотребление. Среди
лицензиатов: Analog Devices,
Atmel, Xilinx,
Altera,
Cirrus
Logic (англ.), Intel (до 27 июня 2006 года),
Marvell (англ.), NXP, STMicroelectronics, Samsung, MediaTek, MStar, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia,
Freescale,
Миландр. |
||