微控制器的发展前景

1. 微控制器的发展前景

通过以上两种基于CISC．和RISC架构的微控制器的对比分析，会发现许多共同的特性，如安全特性、外围设备、电源管理和在系统编程等。显然．它们都是适应具体应用的共性要求而增加的功能。两者最大的不同是指令结构的差异。MCS一5l有50条基本指令，若累计各种不同寻址方式，指令共计lll条，对应的机器指令有单字节、双字节和三字节指令~68H（：05有62条基本指令，加上多种寻址方式，最终指令达210条，也分为单字节、双字节和三字节指令。比较而言，RIS（：微控制器的所有指令是由一些简单、等长度的指令构成．精简指令使微控制器的线路可以尽量优化，硬件结构更加简单，从而可以实现较低的成本和功耗，当然完成相同的工作可能需要更多的指令。所以，二者取舍之间没有绝对优势，只能说根据应用的不同需求和侧重来进行选择。微处理器是20世纪伟大的技术创新之一，由此而衍生的微控制器将微处理器和外设集于一身，为多种应用开创了新局面，并将继续发挥不可替代的作用。

2. 微控制器的架构

基于RISC架构的微控制器MAXQ2000微控制器是Maxino/Dallas公司推出的一款基于RISC架构的16位微控制器。理解这款微控制器的一些结构特点，可以使我们更好地理解RISC结构微控制器的最新发展趋势和技术特点，从而为我们构建新型系统提供更加理想的选择。MAXQ2000的指令读取和执行操作在一个周期内完成，而没有流水线操作，这是因为指令既包含了操作码也包括了数据。字母Q表示这款微控制器的一个重要特点便是“安静”，MAXQ架构通过智能化的时钟管理来降低噪声．这意味着MAXQ只向那些需要使用时钟的电路提供时钟，这样既降低了功耗，又为模拟电路的整合提供了一个最安静的环境。它包含液晶显示（LCD）接口，最多可以驱动100或132段（两种版本）。这款微控制器的功耗指标和MIPS/MHz代码效率方面都在同类微控制器当中遥遥领先．下面介绍MAXQ2000的主要特性。 MAXQ2000具有32KB闪存、lKBRAM、4KB的内部ROM存储器块和16级堆栈存储器。存储器缺省配置成Harvard结构，程序和数据存储器具有独立的地址空间，还可以使能为Vorl Ncumann存储器配置模式，即将固定用途ROM、代码和数据存储器放置到一个连续的存储器映射中．这适合于需要进行动态程序修改或特殊存储器配置的应用。闪存程序存储器可以通过16字密钥进行密码保护，从而防止未授权者访问程序存储器。同时，还具有3个数据指针，支持高效快速地处理数据．固定用途ROM由可以在应用软件中进行调用的子程序组成（缺省起始地址为8000H）．包括：通过JTAG或UART接口进行在系统编程（引导加载程序）；在电路调试程序；测试程序（内部存储器测试，存储器加载等）；用于在应用闪存编程和快速查找表的用户可调用程序。无论以任何方式复位，都从固定用途ROM开始运行程序。R。M软件决定程序立刻跳转到8000H位置、用户应用代码的起始位置、还是上面提到的某特定用途子程序．用户可访问固定用途ROM中的程序，并且可以由应用软件调用这些程序。 提供多个中断源，可对内部和外部事件快速响应。MAXQ结构采用了单一中断向量（IV）和单一中断服务程序(ISR）设计。必须在用户中断程序内清除中断标志，以避免由同一中断源引发重复中断。当检测到使能的中断时，软件跳转到一个用户可编程的中断向量位置。一旦软件控制权转移到ISR，可以使用中断识别寄存器（IIR）来判定中断源是系统寄存器还是外设寄存器。然后，就可以查询特定模块以确定具体中断源，并采取相应的操作。由于中断源是由用户软件识别的，因此用户可以为每种应用确立一个独特的中断优先级方案。 集成的硬件乘法器模块执行高速乘法、乘方和累加操作，并能在一个周期内完成一个16位×16位乘法和累加操作。硬件乘法器由2个]6位并行加载操作数寄存器（MA，MB）和1个累加器组成。加载寄存器能够自动启动操作，从而节省了重复计算的时间。硬件乘法器的累加功能是数字滤波、信号处理以及PII）控制系统中的一个基奉单元，这使得MAXQ2000可以胜任需要大量数学运算的应用。

3. 微控制器的体系结构

 哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令。目前使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多，除了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片，还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安谋公司的ARM9、ARM10和ARM11，51单片机也属于哈佛结构。 冯·诺伊曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。目前使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特尔公司的8086，英特尔公司的其他中央处理器、安谋公司的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器也采用了冯·诺伊曼结构。