Technika mikroprocesorowa W. Daca, Politechnika Szczecińska

Transkrypt

Technika mikroprocesorowa
An embedded system is a special-purpose computer system designed to perform one or a few dedicated functions, sometimes with real-time
computing constraints. It is usually embedded as part of a complete device including hardware and mechanical parts. In contrast, a generalpurpose computer, such as a personal computer, can do many different tasks depending on programming. Embedded systems have become
very important today as they control many of the common devices we use.
Source: Wikipedia
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
1
Tendencje rozwojowe mikrokontrolerów
szerokość szyny
danych
32 bit
mikrokontrolery 32-bitowe
16 bit
8 bit
mikroprocesory 8-bitowe
1970
1980
1990
2000
rok
Ważną cechą rynku mikrokontrolerów jest to, że wszystkie grupy mikrokontrolerów są wciąż stosowane i
rozwijane. Nie ma tutaj analogii do rynku mikroprocesorów, na którym w chwili obecnej praktycznie istnieją tylko
mikroprocesory 32- i 64-bitowe. Produkcja mikroprocesorów starszych, tj. 8- i 16-bitowych na ogół została
zaprzestana.
2
Tendencje rozwojowe mikrokontrolerów
Rozwój mikrokontrolerów następował w ciągu minionych 25 lat w następujących kierunkach:
•
•
•
•
Rozwój CPU mikrokontrolerów w celu zwiększenia szybkości przetwarzania
danych wraz z poprawą własności układu przerwań CPU (W4)
Rozbudowa mechanizmów dostępu CPU do urządzeń zewnętrznych (W5)
Integracja w strukturze mikrokontrolera coraz większej ilości pamięci oraz
ulepszenie mechanizmów dostępu do niej (W6)
Integracja w strukturze mikrokontrolera coraz większej ilości urządzeń
peryferyjnych oraz rozbudowa funkcjonalności tych układów (W7)
3
Tendencje rozwojowe CPU w mikrokontrolerach
Podstawowym celem zmian w obrębie jednostek centralnych mikrokontrolerów jest
zwiększenie szybkości przetwarzania danych. Decydujący wpływ ma na to budowa
sprzętowa jednostki centralnej. Najważniejsze tendencje rozwojowe w tym zakresie to:
•
•
•
zwiększenie częstotliwości taktowania jednostki centralnej
zmiana architektury jednostki centralnej
polepszenie funkcjonowania systemu przerwań
Tendencje te nie są charakterystyczne jedynie dla mikrokontrolerów. Motorem
napędowym zmian w zakresie jednostek centralnych jest rozwój mikroprocesorów.
Jednostki centralne mikrokontrolerów na ogół z kilkuletnim opóźnieniem przejmowały
nowe rozwiązania z jednostek centralnych mikroprocesorów.
4
106 MIPS
80MHz
87 MIPS
66MHz
52 MIPS
40MHz
MPC801
MPC850
MPC860P
Zależność mocy obliczeniowej jednostki centralnej wybranych mikrokontrolerów
z rodziny MPC860 od częstotliwości zegara taktującego
5
Budowa funkcjonalna jednostki centralnej określana jest także nazwą jej architektury. Architektury współczesnych
jednostek centralnych są bardzo złożone. Często spotykane pojęcia odnoszące się do jednostek centralnych to
architektura typu CISC i architektura typu RISC.
W dużym uproszczeniu jednostki centralne o architekturze CISC (complex instruction set computer)
charakteryzują się rozbudowaną listą rozkazów (często powyżej 100 rozkazów) oraz większym stopniem
złożoności operacji wykonywanych w ramach poszczególnych rozkazów. Wykonywanie rozkazów w jednostce o
architekturze CISC trwa względnie długo. Architektura CISC stosowane były w pierwszych mikroprocesorach i
mikrokontrolerach.
W nowszych jednostkach centralnych stosuje się obecnie architekturę RISC (reduced instruction set computer).
Lista rozkazów w jednostce centralnej o tej architekturze obejmuje zazwyczaj tylko kilkadziesiąt prostych
rozkazów. Wykonywanie rozkazów w jednostce o architekturze RISC trwa jednak znacznie krócej niż w
architekturze CISC.
6
Rodzina
mikrokontrolerów
Producent
Szerokość
szyny danych
Rok wprowadzenia
na rynek
Architektura
8051
Intel
8
1978
CISC
8096
Intel
16
1985
CISC
PICmicro
Microchip
8
1989
RISC
80166
Siemens
16
1991
RISC
80386EX
Intel
32
1994
RISC
MPC8260/860
Motorola
32
1996
RISC
Najważniejszą zmianą w architekturze jednostki centralnej mikrokontrolerów. która nastąpiła w ostatnich 15
latach jest przejście z architektury CISC na RISC. Architektura RISC jest stosowane w we wszystkich
nowszych generacjach mikrokontrolerów
7
Ważnym elementem wpływającym na szybkość działania systemu mikroprocesorowego
opartego na mikrokontrolerze jest wydajność układu przerwań współpracującego z daną
jednostką centralną. Najważniejszymi kryteriami określającymi wydajność układu przerwań
są:
•
•
czas reakcji mikrokontrolera na przerwanie
sposób obsługi przerwania przez jednostkę centralną
8
Czas reakcji na przerwanie to czas jaki upływa od momentu wystąpienia przyczyny przerwania do momentu
rozpoczęcia wykonywania programu użytkownika będącym reakcją na przerwanie. Czas ten zależy nie tylko od
mocy obliczeniowej jednostki centralnej ale także od takich elementów jak:
•
•
jaki jest nakład czasowy niezbędny do rozpoznania źródła przerwania
jaki jest nakład czasowy do realizacji tego zadania polegającego na zabezpieczeniu danych (tj. rejestrów)
z przerywanego programu w celu umożliwienia późniejszej kontynuacji przerwanego programu
czas rozpoznania źródła
przerwania w mikrosekundach
50
40
37,80
34,82
30
25,15
20
11,20
10
80196
16-Bit
68HC16
16-Bit
68332
32-Bit
80C166
16-Bit
9

Technika mikroprocesorowa W. Daca, Politechnika Szczecińska

Transkrypt

Podobne dokumenty