Высокопроизводительные 8-разрядные RISC-микроконтроллеры семейства AVR
Компания ATMEL Corp. – один из мировых лидеров в производстве широкого спектра микросхем энергонезависимой памяти, FLASH-микроконтроллеров и микросхем программируемой логики, взяла старт по разработке RISC-микроконтроллеров в середине 90-х годов, используя все свои технические решения, накопленные к этому времени.
Концепция новых скоростных микроконтроллеров была создана группой разработчиков исследовательского центра ATMEL в Норвегии, инициалы которых затем сформировали марку AVR. Первые микроконтроллеры AVR AT90S1200 появились в середине 1997 г. и быстро снискали расположение потребителей. Эти 8-разрядные RISC-микроконтроллеры для встраиваемых приложений являются наиболее интересным и прогрессивным из развиваемых направлений.
Термин RISC (ReducedInstructionSetComputer – вычислитель с сокращенным набором команд) означает, что процессорное ядро оперирует с минимизированным набором машинных команд, и, следовательно, количество различных машинных циклов невелико. Это позволяет в значительной степени сократить время выполнения машинного цикла, и команды соответственно. Таким образом, отношение длительности машинного цикла к длительности такта уменьшается – от 12 у классических контроллеров семейства MCS-51 до 1-4 у контроллеров семейства AVR. Таким образом, при одинаковом значении тактовой частоты производительность возрастает в несколько раз.
AVR-архитектура, на основе которой построены микроконтроллеры семейства AVR, 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-битовой 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.
Регистры общего назначения образуют регистровый файл быстрого доступа, где каждый из 32 регистров напрямую связан с АЛУ. За один такт из регистрового файла выбираются два операнда, выполняется операция, и результат возвращается в регистровый файл. АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, между регистром и константой или непосредственно с регистром.
Регистровый файл также доступен как часть памяти данных. Шесть из 32 регистров могут использоваться как три 16-разрядных регистра-указателя для косвенной адресации. Старшие микроконтроллеры семейства AVR имеют в составе АЛУ аппаратный умножитель.
Базовый набор команд AVR содержит 120 инструкций. Инструкции битовых операций включают инструкции установки, очистки и тестирования битов. Однако по сравнению с контроллерами семейства MCS-51 мнемоники команд зависят от типа адресации (даже команды пересылки), многие команды перехода имеют
нестандартный синтаксис (без меток, с пропуском фиксированного числа команд).
Все микроконтроллеры AVR имеют встроенную Flash-ROM с возможностью внутрисхемного программирования через последовательный 4-проводной интерфейс типа SPI.
Периферия МК AVR включает: таймеры-счётчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, 10-разрядный многоканальный АЦП, параллельные порты (от 3 до 53 линий ввода и вывода), интерфейсы UART(USART), SPI, TWI, встроенные генераторы с внутренней
RC-цепочкой, сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. Все эти качества превращают AVR-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения современных, высокопроизводительных и экономичных контроллеров различного назначения.
В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три подсемейства:
Tiny AVR; Classic AVR Mega AVR.
Микроконтроллеры семейства Tiny имеют небольшие объемы памяти
(1..2 Кбайта) и весьма ограниченную периферию. Практически все они выпускаются в 8-выводных корпусах и предназначены для решений, принимаемых в условиях жестких финансовых ограничений. Область применения этих микроконтроллеров – интеллектуальные датчики различного назначения (контрольные, пожарные, охранные), игрушки, зарядные устройства, различная бытовая техника.
Микроконтроллеры семейства Mega имеют наиболее развитую периферию, наибольшие среди всех контроллеров AVR объемы памяти программ и данных. Они предназначены для использования в телекоммуникационной аппаратуре, контроллерах различного периферийного оборудования (принтеры, сканеры, современные дисковые накопители, приводы CD-ROM/DVD-ROM и т.п.), сложной офисной технике и стойках управления технологическим оборудованием (станки с ЧПУ).
Все AVR-микроконтроллеры совместимы по исходным кодам и тактированию, поддерживают несколько режимов пониженного энергопотребления, имеют блок прерываний, сторожевой таймер и допускают программирование непосредственно в готовом устройстве (внутрисистемное программирование – ISP).
Семейство обеспечено комплектом программ и системами отладки, включающими: макро-ассемблеры, отладчики/симуляторы программ, внутрисхемные эмуляторы, и отладочные устройства. Достаточно популярным программным продуктом для разработки является система AVR Studio, свободно распространяемая корпорацией Atmel.
Основные электрические характеристики новейших AVR микроконтроллеров фирмы Atmel:
· полностью статическая схемотехника – МК работают при тактовой частоте от 0 Гц до 20 МГц;
· диапазон напряжений питания от 2,7 В до 6,0 В;
· различные режимы энергосбережения: пассивный (idle) и стоповый (power down).
|
