В HTML      В PDF
микроэлектроника, микросхема, микроконтроллер, память, msp430, MSP430, Atmel, Maxim, LCD, hd44780, t6963, sed1335, SED1335, mega128, avr, mega128  
  Главная страница > Обзоры по фирмам > Atmel > Статьи

реклама

 
радиационно стойкие ПЗУ Миландр

Продажа силового и бронированного кабеля и провода в Москве

текст еще



8-разрядные AVR RISC микроконтроллеры фирмы Atmel в начале нового столетия

Вначале был CISC.
И 20% команд использовались в 80% случаев и 80% команд использовались в 20% случаев.
И дешифратор команд занимал более 70% площади кристалла.
И сократили количество команд, и придали им единый формат, и уменьшили площадь кристалла.
И увидели, что это хорошо.

Так зарождалась идеология RISC (Reduced Instruction Set Computer) архитектуры.

Со временем, с развитием технологии, уменьшение площади кристалла стало менее актуальным и на первое место идеологии RISC вышел единый формат команд, что вначале достаточно просто решалось использованием простых команд сокращенного набора команд, и выполнение команд за один тактовый цикл.

Именно архитектуру RISC фирма Atmel заложила в основу своих CMOS микроконтроллеров семейства AVR.

Разрабатывая идеологию семейства 8-разрядных RISC микроконтроллеров фирма Atmel стремилась предоставить пользователю возможность оптимизировать соотношение «производительность-энергопотребление-стоимость». Во многом фирме это удалось.

Высокая производительность обеспечивается:

  • выполнением команд за один тактовый цикл, т.е. производительность в MIPS численно соответствует рабочей тактовой частоте
  • конвейером команд, обеспечивающим, одновременно с выполнением текущей команды, выборку следующей команды
  • мощной системой команд единого 16-разрядного формата аппаратными особенностями микроконтроллеров

Малое энергопотребление обеспечивается:

  • CMOS технологией и полностью статической работой - от по-шагового режима до максимальной тактовой частоты
  • рядом специальных аппаратных и программных особенностей

Малая стоимость, как на уровне стоимости «железа», так и на уровне стоимости разработки и отладки прикладных программ, обеспечивается:

  • отработанной технологией
  • отработкой архитектуры процессора и системы команд в тесном соответствии с требованиями языков высокого уровня, в частности, языка C
  • внутрисхемно- и внутрисистемно программируемой Flash памятью программ
  • разнообразием номенклатуры семейства – возможностью выбора микроконтроллера с достаточным и необходимым количеством функций и встроенной периферии, в максимальной мере исключающим использование дополнительных внешних компонентов

С точки зрения внутреннего обмена информацией, взаимодействия процессора с памятью, AVR микроконтроллеры построены по Гарвардской архитектуре с раздельными шинами адресов и данных, раздельными пространствами памяти программ и данных. Важной особенностью процессора AVR микроконтроллеров являются 32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения, причем у ряда микроконтроллеров до шести регистров могут быть объединены попарно в 16-разрядные регистры-указатели косвенной адресации пространства памяти (обозначаемые символами X, Y и Z). Все 32 регистра напрямую подсоединены к АЛУ (ALU), обеспечивая взаимодействие команды, выполняемой за один тактовый цикл, с двумя независимыми регистрами или регистром и некоторой константой. Результатом такой архитектуры стала высокая эффективность кодов, обеспечивающая десятикратное повышение производительности, по сравнению с традиционными CISC микроконтроллерами, работающими с той же тактовой частотой.

Сегодня в семейство AVR входят три основные группы микроконтроллеров: ATtiny, ATmega и AT90S. Микроконтроллеры, входящие в эти группы, отличаются некоторыми аппаратными особенностями, в частности, наличием аппаратного стека небольшой глубины у микроконтроллеров группы ATtiny и стеком в пространстве памяти данных, у всех микроконтроллеров ATmega и большинства микроконтроллеров группы AT90; объемом Flash памяти программ, памяти данных и возможностью их расширения за счет внешней памяти, возможностями внутрисхемного и внутрисистемного программирования, набором встроенных периферийных устройств и специальных возможностей, что определяет, в первую очередь, потенциальные области применения микроконтроллеров той или иной группы.

Микроконтроллеры группы ATtiny располагают минимальными, для семейства AVR, объемами памяти программ и относительно ограниченным набором функций. В то же время, малогабаритные корпуса, возможность работы при напряжении питания 1,8 В (приборы с индексом V) позволяют использовать эти микроконтроллеры в портативной аппаратуре, в частности, с батарейным питанием.

Так на основе микроконтроллера ATtiny11, располагающего памятью программ в 1 Кбайт, реализуется управление двигателями, замена некоторой внешней логики и элементов организации соединений. В средствах организации защиты и наблюдения, средствах дистанционного бесклавиатурного ввода и в промышленных средствах управления технологическими процессами может быть использован микроконтроллер ATtiny12, оснащенный встроенным RC-генератором и 64 байтами встроенной EEPROM. Микроконтроллер ATtiny15 идеален для реализации схем электронных балластов, зарядных устройств (в том числе батарейных), датчиков и других применений с аналоговым интерфейсом, поскольку он оснащен 4-канальным 10-разрядным АЦП. Все эти микроконтроллеры размещены в 8-выводных корпусах. Размещенный в 28-выводном корпусе микроконтроллер ATtiny28 располагает драйверами с высокой нагрузочной способностью и программируемым аппаратным модулятором, что позволяет считать его идеальным для реализации дистанционного управления на основе ИК излучения. Микроконтроллер ATtiny28 оснащен 2 Кбайтами Flash памяти программ.

Фирма Atmel достаточно активно развивает микроконтроллеры группы ATtiny – последнее сообщение фирмы о пополнении группы относятся к сентябрю 2001 года.

Блок-схема микроконтроллера ATtiny28, приведенная на Рис.1, и таблица выпускаемой номенклатуры семейства (Таблица 1) позволяют, в определенной мере, оценить уровень насыщенности микроконтроллеров группы ATtiny встроенными периферийными устройствами.


Рис.1 Блок-схема микроконтроллера ATtiny28.

Таблица 1. Основные характеристики микроконтроллеров семейства AVR

На другом полюсе семейства AVR, по уровню интеграции и возможностей, находится группа ATmega.

Области применения микроконтроллеров этой группы могут быть самыми различными – от высоконадежных функций традиционного высокопроизводительного вычисления и управления, до, также высоко надежной обработки сигналов, до управления двигателями.

Работы над приборами группы ATmega ведутся достаточно активно, хотя объявленные планы фирмы по развитию семейства не всегда точно соблюдаются – исключаются из планов и производства ранее анонсированные приборы (например, микроконтроллеры ATmega603 и ATmega104) и появляются новые – с еще более расширенными возможностями, что связано, в первую очередь, с совершенствованием технологических процессов, с переходом на топологические нормы 0,35 мкм. Последнее сообщение фирмы об изменении номенклатуры группы ATmega, опубликованное в июле 2001 года, информирует о выпуске четырех микроконтроллеров (ATmega8, ATmega16, ATmega64 и ATmega128) с максимальной тактовой частотой 16 МГц (тактовая частота предшествовавших приборов группы ATmega не превышала 8 МГц) и, следовательно, с потенциальной производительностью до 16 MIPS.

Для микроконтроллеров группы ATmega, в особенности для недавно разработанных, характерны:

  • Большой объем Flash памяти программ (на текущий момент от 8 до 128 Кбайт)
  • Режим самопрограммирования, обеспечиваемый встроенной программой-загрузчиком, исполняемой процессором микроконтроллера
  • Встроенный перемножитель, поддерживающий перемножение дробных чисел со знаком и без знака
  • Самые большие наборы встроенной периферии, располагающей расширенной функциональностью и работающей с большей производительностью
  • Самый широкий набор специальных микроконтроллерных функций, в том числе: до шести режимов энергосбережения и возможность программной установки тактовой частоты у старших членов семейства
  • Расширение системы команд до 130 – 133 высокопроизводительных команд, в том числе несколькими командами 32-разрядного формата
  • Режим внутрисистемного самопрограммирования Flash памяти
  • Организация в новых старших приборах группы интерфейса граничного сканирования (IEEE 1149.1/JTAG), поддерживающего встроенную отладку и обеспечивающего еще один путь программирования Flash и EEPROM памяти, перемычек и битов блокировки

Специальные микроконтроллерные функции обеспечивают, в первую очередь, высокую устойчивость работы аппаратных и программных средств микроконтроллеров при случайных изменениях напряжения питания и временных рассогласованиях. Другой немаловажной функцией является снижение энергопотребления, зависящего, в основном, от выполняемой в конкретный момент задачи. Шесть режимов энергосбережения. Поскольку стандартными режимами энергосбережения большинства микроконтроллеров являются режимы Idle, Power-down и Standby и каждая фирма закладывает в режимы энергосбережения собственные особенности, чуть подробнее рассмотрим режимы энергосбережения фирмы Atmel.

В режиме Idle CPU останавливается, однако SRAM, таймеры/счетчики, порт SPI и система прерываний остаются в рабочем состоянии. Режим Power-down сохраняет содержимое всех регистров и останавливает тактовый генератор, запрещая работу всех функций до тех пор, пока не произойдет прерывание или аппаратный сброс. В режиме Power-save продолжает работать асинхронный таймер, обеспечивая пользователю временную базу, при том, что все остальные функции прибора останавливаются. В режиме Standby в рабочем состоянии остается только тактовый генератор, что, при существенном снижении потребления в этом режиме, обеспечивает практически мгновенный переход в рабочий режим. В режиме Extended Standby в работе остаются и тактовый генератор системы и асинхронный таймер. Режим снижения шума ADC обеспечивает, в первую очередь, минимальный уровень импульсных шумов во время процесса преобразования. В этом режиме останавливается CPU и все модули I/O, за исключением асинхронного таймера и ADC.

Примечательно, что при разработке микроконтроллеров ATmega64 и ATmega128, размещенных в 64-выводных корпусах TQFP и объявленных в последнем расширении номенклатуры, была учтена возможность организации совместимости по выводам с ранее разработанным микроконтроллером ATmega103. Режим совместимости вводится программированием перемычки M103C. Естественно, что новые (по сравнению с ATmega103) функции микроконтроллеров поддерживаться не будут, тем не менее, жизнь прикладных программ, разработанных под ATmega103, может быть существенно увеличена.

На Рис.2 представлена блок-схема микроконтроллера ATmega128, располагающего, как видно из таблицы 1, Flash памятью программ емкостью 128 Кбайт, 4 Кбайтами EEPROM, 4 Кбайтами RAM и максимальным количеством встроенной периферии.


Рис.2. Блок-схема микроконтроллера ATmega128

Образцы микроконтроллеров ATmega8, ATmega16 и ATmega128 уже поставляются и лишь начало поставки образцов микроконтроллера ATmega64 запланировано на первые месяцы 2002 года

Семейство микроконтроллеров AVR начиналось с приборов группы AT90S еще в 1997 году. Считается, что широкая номенклатура группы AT90S позволит пользователю выбрать микроконтроллер с минимальной аппаратной избыточностью и, следовательно, наименьшей стоимости. Действительно, в номенклатуру группы AT90S входят приборы с объемом от1 до 8 Кбайт, с самыми различными наборами периферии и в корпусах с количеством выводов от 8 до 48. Однако с переходом на технологию с топологическими нормами 0,35 мкм фирма решила несколько ограничить номенклатуру группы и намеревается прекратить производство микроконтроллеров AT90S/LS2333, AT90S/LS4434 и AT90S/LS4414, рекомендуя не закладывать их в новые разработки. Вместо этих микроконтроллеров фирма предлагает использовать микроконтроллеры AT90S/LS4433, AT90S/LS8515 и AT90S/LS8535, располагающие вдвое большими объемами памяти.

Специалисты фирмы Atmel заявляют, что объемы потребления микроконтроллеров семейства AVR и, следовательно, их производства растут. Можно согласиться с тем, что объединив на одном кристалле 8-разрядное RISC CPU с внутрисистемно самопрограммируемой Flash памятью, фирма создала семейство мощных микроконтроллеров, ставших де-факто промышленным стандартом начала нового столетия и являющихся гибким и недорогим решением для большого количества самых разнообразных встраиваемых применений.






 
Впервые? | Реклама на сайте | О проекте | Карта портала
тел. редакции: +7 (495) 514 4110. e-mail:info@eust.ru
©1998-2016 ООО Рынок Микроэлектроники