Technika mikroprocesorowa W. Daca, Politechnika Szczecińska

Technika mikroprocesorowa
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)
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
1
Technika mikroprocesorowa
Mechanizmy dostępu CPU do układów zewnętrznych
Zgodnie z definicją w strukturze mikrokontrolera zawarte są zarówno układy peryferyjne jak i układy pamięci. W
praktyce systemy mikroprocesorowe bazujące na mikrokontrolerach bardzo często wykorzystują zarówno
zewnętrzną pamięć jak i zewnętrzne układy peryferyjne. Przyczyny tego są następujące:
•
Zapotrzebowanie na pamięć nowoczesnych mikrokontrolerów jest bardzo duże, nawet rzędu megabajtów. Wynika
to z dużych mocy obliczeniowych i dużych przestrzeni adresowych oferowanych szczególnie przez mikrokontrolery
16- i 32-bitowe. Na rynku rzadko oferowane mikrokontrolery które by w swojej strukturze zawierały wystarczające
ilości pamięci.
•
Współczesne mikrokontrolery oferują olbrzymią różnorodność urządzeń peryferyjnych zawartych w strukturach tych
układów. Mimo tego w przeważającej części systemów mikroprocesorowych bazujących na mikrokontrolerach
wykorzystuje się układy scalone zawierające dodatkowe urządzenia peryferyjne.
o
układy peryferyjne o wysokim stopniu specjalizacji stosowane są relatywnie rzadko. Dlatego nie są one
integrowane w strukturze standardowych mikrokontrolerów. Przykładem mogą być przetworniki analogowocyfrowe o dużej rozdzielczości.
o
złożone układy peryferyjne mogą stopniem swojej komplikacji dorównywać samej jednostce centralnej. Z
punktu widzenia technologii produkcji układów scalonych jest trudno integrować wiele tak złożonych struktur
w strukturze jednego układu. Przykładami są zaawansowane sterowniki komunikacyjne, np. dla standardu
Ethernet.
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
2
Technika mikroprocesorowa
Mechanizmy dostępu CPU do układów zewnętrznych
zewnętrzne urządzenia
peryferyjne
wyprowadzenia portów
porty
jednostka
centralna
układ
przerwań
układy
czasowe
sterownik
komunikacji
szeregowej
inne
urządzenia
peryferyjne
szyny systemowe
wewnętrzna
pamięć
programu
wewnętrzna
pamięć
danych
Budowa systemu mikroprocesorowego z mikrokontrolerem nie udostępniającym szyn systemowych
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
3
Technika mikroprocesorowa
Mechanizmy dostępu CPU do układów zewnętrznych
zewnętrzna
pamięć
zewnętrzne urządzenia
peryferyjne
zewnętrzne
urządzenia
peryferyjne
wyprowadzenia portów
porty
układ
przerwań
układy
czasowe
jednostka
centralna
sterownik
komunikacji
szeregowej
inne
urządzenia
peryferyjne
szyny systemowe
wewnętrzna
pamięć danych
wewnętrzna
pamięć programu
Budowa systemu mikroprocesorowego z mikrokontrolerem udostępniającym
swoje szyny systemowe jako alternatywne wyprowadzenia portów
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
4
Technika mikroprocesorowa
Mechanizmy dostępu CPU do układów zewnętrznych
zewnętrzne
układy
pamięci
zewnętrzne urządzenia
peryferyjne
wyprowadzenia portów
zewnętrzne
urządzenia
peryferyjne
wyprowadzenia bezpośrednie układu
porty
układ
przerwań
jednostka
centralna
układy
czasowe
sterownik
komunikacji
szeregowej
inne
urządzenia
peryferyjne
szyny systemowe
zewnętrzna
pamięć
programu
zewnętrzna
pamięć
danych
Budowa systemu mikroprocesorowego z mikrokontrolerem udostępniającym
swoje szyny systemowe bezpośrednio na wyprowadzeniach układu scalonego
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
5
Technika mikroprocesorowa
Mechanizmy dostępu CPU do układów zewnętrznych
Mikrokontroler 80166 firmy Infineon (16 bit) oferuje cztery tryby współpracy CPU z układami zewnętrznymi
(pamięciami):
•
•
•
•
16-bitowy niemultipleksowany
16-bitowy multipleksowany
8-bitowy niemultipleksowany
8-bitowy multipleksowany
Multipleksowanie oznacza, że w celu zmniejszenia liczby wyprowadzeń mikrokontrolera niezbędnych do udostępnienia
użytkownikowi szyn systemowych fizycznie tych samych wyprowadzeniach ale w różnych momentach czasu pojawia się
na przemian szyna danych i szyna adresowa. Multipleksowanie prowadzi do spowolnienie szybkości transportu danych
pomiędzy pamięcią zewnętrzną a jednostką centralną.
3,0
2,0
1,5
1,0
16-bit
16-bit
8-bit
8-bit
demultipleksowane
multipleksowane
demultipleksowane
multipleksowane
W. Daca, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, 2007/08
6