32-разрядные микроконтроллеры фирмы "MOTOROLA"

Министерство образования Республики Беларусь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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                                                                                                                      3

2 Общие сведения                                                                                                          4

3 Семейство 32-разрядных МК 68300                                                                           5

3.1 Семейства 32-разрядных МК с RISC-архитектурой                                               8

3.2 Семейство МРС500                                                                                                   9

3.3 Семейство МРС800                                                                                                  10

Литература                                                                                                                       11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 встраиваемым  контроллером, и соответствующего  роста требований, предъявляемых к производительности МК, а также в связи с увеличением разрядности АЦП и объемов обрабатываемых данных перед многими разработчиками остро встал вопрос о переходе на МК с более высокой разрядностью, поскольку дальнейшее развитие архитектуры и повышение тактовой частоты 8-разрядных МК имеет очевидный предел и часто не дает требуемого эффекта.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 осуществляется  за счет введения в структуру  МК сопроцессоров разной функциональной  ориентации: обмена данными; вычисления  математических операций, ввода-вывода, цифровой обработки сигналов и др. Эти интеллектуальные, содержащие собственное микроядро, встроенные подсистемы позволяют "разгрузить" центральный процессор, берут на себя выполнение специфических функций и определяют ориентацию МК на конкретную область использования. В развитие этой идеологии Motorola строит свои МК на базе стандартных модулей, из набора которых быстро и с минимальными затратами создается новый МК.

    Семейства  16- и 32-разрядных МК Motorola используют  стандартную внутримодульную шину (IMB), основное преимущество которой заключается в том, что в МК с различным процессорным ядром могут использовать одни и те же периферийные модули. Это не только обеспечивает лучшее использование модулей, которые известны производителям и протестированы в тысячах приложений, но и позволяет, например, программы, написанные на C для 16-разрядного МК и затрагивающие периферийные устройства, просто перекомпилировать и выполнять без изменений на 32-разрядном МК.

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 CPU32 (разрядность внешней шины данных также равна 32) с повышенной производительностью (8,3 MIPS на частоте 25 Мгц). СPU030 объединяет в себе CPU32+, конфигурируемый кэш команд и блок управления памятью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.