微控電液伺服萬(wàn)能機(jī)

基于RISC架構(gòu)的微控制器

MAXQ2000微控制器是Maxino/Dallas公司推出的一款基于RISC架構(gòu)的16位微控制器。理解這款微控制器的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以使我們更好地理解RISC結(jié)構(gòu)微控制器的最新發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)特點(diǎn)，從而為我們構(gòu)建新型系統(tǒng)提供更加理想的選擇。MAXQ2000的指令讀取和執(zhí)行操作在一個(gè)周期內(nèi)完成，而沒(méi)有流水線操作，這是因?yàn)橹噶罴劝瞬僮鞔a也包括了數(shù)據(jù)。字母Q表示這款微控制器的一個(gè)重要特點(diǎn)便是"安靜"，MAXQ架構(gòu)通過(guò)智能化的時(shí)鐘管理來(lái)降低噪聲.這意味著MAXQ只向那些需要使用時(shí)鐘的電路提供時(shí)鐘，這樣既降低了功耗，又為模擬電路的整合提供了一個(gè)最安靜的環(huán)境。它包含液晶顯示(LCD)接口，最多可以驅(qū)動(dòng)100或132段(兩種版本)。這款微控制器的功耗指標(biāo)和MIPS/MHz代碼效率方面都在同類微控制器當(dāng)中遙遙領(lǐng)先.下面介紹MAXQ2000的主要特性。

指令集由23條對(duì)寄存器和存儲(chǔ)器進(jìn)行操作的固定長(zhǎng)度的16位指令組成。指令集高度正交，允許算術(shù)和邏輯操作使用累加器和任何寄存器。特殊功能寄存器控制外圍設(shè)備，并細(xì)分成寄存器模塊。產(chǎn)品系列的結(jié)構(gòu)是模塊化的，因此新的器件和模塊能夠繼續(xù)使用為現(xiàn)有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的代碼.該結(jié)構(gòu)是基于傳送觸發(fā)的，這意味著對(duì)某一寄存器位置的讀或?qū)憰?huì)產(chǎn)生額外作用。這些額外作用構(gòu)成了由匯編器定義的高層操作碼的基礎(chǔ)，如ADDC、OR和JUMP等。

MAXQ2000具有32KB閃存、lKBRAM、4KB的內(nèi)部ROM存儲(chǔ)器塊和16級(jí)堆棧存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器缺省配置成Harvard結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有獨(dú)立的地址空間，還可以使能為Vorl Ncumann存儲(chǔ)器配置模式，即將固定用途ROM、代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器放置到一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器映射中.這適合于需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)程序修改或特殊存儲(chǔ)器配置的應(yīng)用。閃存程序存儲(chǔ)器可以通過(guò)16字密鑰進(jìn)行密碼保護(hù)，從而防止未授權(quán)者訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器。同時(shí)，還具有3個(gè)數(shù)據(jù)指針，支持高效快速地處理數(shù)據(jù).

固定用途ROM由可以在應(yīng)用軟件中進(jìn)行調(diào)用的子程序組成(缺省起始地址為8000H).包括:通過(guò)JTAG或UART接口進(jìn)行在系統(tǒng)編程(引導(dǎo)加載程序);在電路調(diào)試程序;測(cè)試程序(內(nèi)部存儲(chǔ)器測(cè)試，存儲(chǔ)器加載等);用于在應(yīng)用閃存編程和快速查找表的用戶可調(diào)用程序。無(wú)論以任何方式復(fù)位，都從固定用途ROM開(kāi)始運(yùn)行程序。R。M軟件決定程序立刻跳轉(zhuǎn)到8000H位置、用戶應(yīng)用代碼的起始位置、還是上面提到的某特定用途子程序.用戶可訪問(wèn)固定用途ROM中的程序，并且可以由應(yīng)用軟件調(diào)用這些程序。

器件的大多數(shù)功能是由寄存器組來(lái)控制的。這些寄存器為存儲(chǔ)器操作提供工作空間，并配置和尋址器件上的外設(shè)寄存器。寄存器分成兩大類:系統(tǒng)寄存器和外設(shè)寄存器.公共寄存器組也稱作系統(tǒng)寄存器，包括ALU、累加器寄存器、數(shù)據(jù)指針、堆棧指針等。外設(shè)寄存器定義了可能包含在基于MAXQ架構(gòu)的不同產(chǎn)品中的附加功能.

MAXQ2000同樣提供了先進(jìn)的電源管理功能，根據(jù)系統(tǒng)不同時(shí)刻的不同性能需求，可以動(dòng)態(tài)設(shè)置處理速度，從而大大降低功耗。通過(guò)軟件選擇分頻功能，來(lái)選擇系統(tǒng)時(shí)鐘周期是l、2、4或者8個(gè)振藹周期。為進(jìn)一步降低功耗，還有另外三種低功耗模式，256分頻、32 kH。和停機(jī)模式。

提供多個(gè)中斷源，可對(duì)內(nèi)部和外部事件快速響應(yīng)。MAXQ結(jié)構(gòu)采用了單一中斷向量(IV)和單一中斷服務(wù)程序(ISR)設(shè)計(jì)。必須在用戶中斷程序內(nèi)清除中斷標(biāo)志，以避免由同一中斷源引發(fā)重復(fù)中斷。當(dāng)檢測(cè)到使能的中斷時(shí)，軟件跳轉(zhuǎn)到一個(gè)用戶可編程的中斷向量位置。

一旦軟件控制權(quán)轉(zhuǎn)移到ISR，可以使用中斷識(shí)別寄存器(IIR)來(lái)判定中斷源是系統(tǒng)寄存器還是外設(shè)寄存器。然后，就可以查詢特定模塊以確定具體中斷源，并采取相應(yīng)的操作。由于中斷源是由用戶軟件識(shí)別的，因此用戶可以為每種應(yīng)用確立一個(gè)獨(dú)特的中斷優(yōu)先級(jí)方案。

集成的硬件乘法器模塊執(zhí)行高速乘法、乘方和累加操作，并能在一個(gè)周期內(nèi)完成一個(gè)16位×16位乘法和累加操作。硬件乘法器由2個(gè)]6位并行加載操作數(shù)寄存器(MA，MB)和1個(gè)累加器組成。加載寄存器能夠自動(dòng)啟動(dòng)操作，從而節(jié)省了重復(fù)計(jì)算的時(shí)間。硬件乘法器的累加功能是數(shù)字濾波、信號(hào)處理以及PII)控制系統(tǒng)中的一個(gè)基奉單元，這使得MAXQ2000可以勝任需要大量數(shù)學(xué)運(yùn)算的應(yīng)用。

Intel公司作為最早推出微處理器的公司，同樣也是最早推出微控制器的公司。繼1976年推出MCS-48后，又于1980年推出了MCS-51，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了良好的基礎(chǔ)。在8051技術(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放后，Philips、Atmel、Dallas和Siemens等公司紛紛推出了基于80C5l內(nèi)核(805l的CMC)S版本)的微控制器。這些各具特色的產(chǎn)品能夠滿足大量嵌入式應(yīng)用需求。基于80C51內(nèi)核的微控制器并沒(méi)有停止發(fā)展的腳步，例如現(xiàn)在Maxim/Dallas公司提供的DS89C430系列微控制器，其單周期指令速度已經(jīng)提高到了805l的12倍。

基于CISC架構(gòu)的微控制器除了80C51外，還包括Motorola提供的68HC系列微控制器，這也是大量應(yīng)用的8位微控制器系列。

基于RISC架構(gòu)的微控制器則包括Microchip的PIC系列8位微控制器等。在16位RISC架構(gòu)的微控制器中，Maxim公司推出的MAXQ系列微控制器以其高性能、低功耗和卓越的代碼執(zhí)行效率，成為許多需要高精度混合信號(hào)處理以及便攜式系統(tǒng)和電池供電系統(tǒng)的理想選擇。

微控制器(Microcontroller Unit，即MCU)可從不同方面進(jìn)行分類:根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機(jī);根據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為Harvard結(jié)構(gòu)和Von Neumann結(jié)構(gòu);根據(jù)內(nèi)嵌程序存儲(chǔ)器的類別可分為OTP、掩膜、EPROM/EEPROM和閃存Flash;根據(jù)指令結(jié)構(gòu)又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer)和RISC(Reduced Instruction Set Computer)微控制器。