Сторожовий таймер

9.5.6. Сімейство 16-розрядних МК НС16

МК сімейства НС16 використовуються в різноманітних системах керування автомобілями, телекомунікаційному устаткуванні (сотових телефонах, телефонних комутаторах), побутовій електроніці (відеокамерах, телевізорах, цифрових аудіо-системах), офісній техніці (факсах, модемах, копіювальній техніці), медичному устаткуванні, робототехніці.

Ефективному використанню МК НС16 у цих прикладеннях сприяють підтримка функцій DSP, висока продуктивність 16-бітного CPU16 із частотою до 25 МГц і потужна периферія. Простота побудови системи на базі МК НС16 забезпечується модулем системної інтеграції, а також легкістю відлагодження програми завдяки вмонтованому налагоджувачу. В табл. 9.1 наведені короткі характеристики основних представників сімейства НС16.

9.5.7. Сімейство 32-розрядних МК М683хх

МК сімейства М683хх є, мабуть, найбільше відомими і поширеними з високопродуктивних МК фірми Motorola. Застосування цих МК у промисловості дуже широке, про що свідчить наведена нижче табл. 9.2 найбільш відомих прикладень, де з успіхом використовуються МК М683хх.

Таблиця 9.1

Короткі характеристики основних представників сімейства НС16

МК НС16	68НС916Х1	68НС916Y1	68НС16Z3	68НС16S2	8НС16V1
Масочне ПЗП			8К
ОЗП	2К	4K.	4K	2К
Flash ЕЕРRОМ	50К	48K
Таймер	3-4 IС, 4-5 ОС, 2 PWM, PIT, WDO;	16-канальн. TPU, 3-4 IС, 4-5 ОС, 2 PWM, PIT, WDOG	3-4 IС, 4-5 ОС, 2 PWM PIT, WDOG	РIТ, WDOG	3-4 IC, 4-5 ОС, 2 PWM PIT, WDOG
Послідовний порт	SPI, 2 SCI	SPI, 2 SCI	QSPI, SCI	Немає	OSPI, 2SCI
АЦП	8/10 біт	8/10 біт	8/10 біт	Немає	Немає
Лінії вв/вив.
fтакт, МГц	0 – 16.78	0 – 16,78	0 – 20..7	0 – 20. 97	0 – 20. 97
Teмпературн. діапазон	С. V. М.	C. V. M.	C. V. M.	C. V	C
Модулі	CPU16, SCIM, MCCI, GPT, ADC, SRAM, FLASH	CPU16, SCIM, MCCI, TPU, GPT, ADC, SRAM, TURAM	CPU16, SCIM, QSM, GPT, ADC, SRAM, MRM	–	–
Додаткові властивості	9 прог. CS/, синтезатор такт. частоти із ФАПЧ	9 прог. CS/, синтезатор такт. частоти із ФАПЧ	12 прог. CS/, синтезатор такт. частоти із ФАПЧ	12 прог. CS/, синтезатор такт. частоти із ФАПЧ	12 прог. CS/, синтезатор такт. частоти із ФАПЧ
Тип корпусу	120 FH	160 FT	132 FC	100 PU	100 PU

Таблиця 9.2

Області застосування деяких представників сімейства М683хх

Області застосування МК М683хх	68302 68EN302 68LC302 68PM302		68360 68EN360 68MH360		68332 68334	F333		68340 68341
Системи зв'язку
Модеми	●	●
Мости, маршрутизатори	●	●	●
Системи комутації	●	●	●
Лінійні контролери ІЧМ-трактів	●		●
Цифрові АТС	●	●	●
Сотові базові станції	●	●	●
Устаткування ISDN	●		●
Абон. цифрове устаткування	●	●
Промисловість
Промислові мережні контролери	●		●
Системи управління двигунами					●	●
Управління периферією	●	●	●		●	●
Роботи					●	●
Портативна техніка
Комп'ютери з рукописним вводом								●
Портативні комп'ютери								●
Портативні телефони					●			●
Персональні цифрові помічники (PDA, Personal Digital Assistant)
Комп'ютери з PCMCIA		●
Транспортні системи
Упр. автомобільним двигуном					●	●
Управління ходовою частиною					●	●
Навігаційні системи (GPS)				●				●
Офісна автоматика
Лазерні та струминні принтери								●
Копіювальні апарати					●			●
Факси, модеми	●	●			●
Комп'ютерна периферія	●	●	●	●	●	●	●	●
Мультимедіа							●
Побутова електроніка
Відео-ігри			●					●

Закінчення табл. 9.2

	68302 68EN302 68LC302 68PM302		68360 68EN360 68MH 360		68332 68334	68F333		68340 68341
TV-приставки (Set-top-box)							●	●
Аудіо-відео-техніка	●	●	●					●
Програвачі СD-1		●						●

Основними чинниками успіху явилися: високопродуктивне 32-розрядне процесорне ядро, засноване на промисловому стандарті 68300 (більше 5-ти мільйонів МК і МП М683хх відвантажується щомісяця); широка номенклатура периферійних модулів, у тому числі спеціалізованих для певних прикладень; виняткова гнучкість та простота побудови і налагодження системи; поширеність і доступність.

Для спрощення розгляду МК сімейства М683хх, у ньому можна виділити три основні групи, що принципово відрізняються за функціональним призначенням:

Комунікаційні МК. У цю групу можна віднести усі мікроконтролери, що містять комунікаційний сопроцесор;

МК для промислового управління. Мікроконтролери цієї групи містять таймерний співпроцесор і застосовуються в індустріальних системах управління, автомобільних контролерах та ін.

МК загального призначення. Ці мікроконтролери, які іноді називають інтегрованими процесорами (ІП), містять, крім центрального процесора, тільки найбільш поширену універсальну периферію: модуль системної інтеграції, контролер ПДП, послідовний інтерфейс, годинник реального часу та ін.

9.5.8. Сімейства 32-розрядних МК з RISC-архітектурою

Фірма Motorola випускає два сімейства МК, що мають процесорне ядро з RISC-архітектурою. Ці МК забезпечують найвищі показники продуктивності, і при цьому оптимізовані для вмонтованих прикладень з точки зору простоти побудови системи, споживання і ціни.

Сімейство 32-розрядних RISC-процесорів MCF5xxx (ColdFire), що мають змінну довжину команд і багато ознак сімейства М68xxx, покликане забезпечити новий рівень співвідношення продуктивність/ціна для масових ринків, зокрема, для всіляких персональних обчислювально-комунікаційних засобів.

Сімейства МК МРС500 і MPC800 засновані на 32-розрядному ядрі PowerPC із RISC-архітектурою. Це ядро знайшло широке застосування як у комп'ютерних, так і у вмонтованих системах. МК групи MPC500 орієнтовані на складні задачі керування і застосовуються в потужних промислових контролерах, а група MРC800 призначена для використання у високошвидкісному комунікаційному устаткуванні.

9.5.8.1. Сімейство RISC-мікроконтролерів MCF5xxх (ColdFire)

Заснований на концепції змінної довжини команд, процесор ColdFire сполучає архітектурну простоту стандартного 32-розрядного RISC-процесора з економією пам'яті. Використання архітектури з інструкціями змінної довжини дає значні переваги в порівнянні зі стандартною RISC-архітектурою з інструкціями фіксованої довжини. Ущільнений двійковий код процесора Cold Fire займає менші ємності пам'яті, ніж код RISC-процесора з інструкціями фіксованої довжини. Це дозволяє більш ефективно використовувати пам'ять системи для прикладної програми, а також вибирати більш повільну і менш дорогу пам'ять для досягнення заданого рівня продуктивності.

При цьому система команд і програмна модель дуже схожі на М68ххх, що дозволяє користувачам М68ххх легко здійснити перехід до підвищеної продуктивності RISC-сімейства.

Інтегровані периферійні функції забезпечують високу ефективність і гнучкість. Стандартна конфігурація припускає наявність послідовного інтерфейсу, двох багатофункціональних таймерів, сторожового таймера і модулей системної інтеграції, керування зовнішніми шинами і перериваннями, системного захисту, вмонтованого налагоджувача. В зв’язку з цим мікропроцесори сімейства MCF5xxx називають інтегрованими, аналогічно ряду моделей сімейства М683хх.

Прикладами МК сімейства ColdFire можуть служити MCF5204 і MCF5206, структура (рис. 9.3) і короткі характеристики яких наведені нижче.

Процесорне ядро MCF5204 має продуктивність 13,5 mips при тактовій частоті 33 МГц, засноване на програмній моделі й системі команд М68ххх, але при цьому більшість команд виконується за 1 цикл. Команди керування споживанням дозволяють знижувати інтегральний показник споживаної потужності. Системний інтерфейс забезпечує пряме підключення ОЗП, ПЗП і зовнішніх пристроїв із розрядністю 8 або 16, а також обробку переривань і системний захист (є 16-бітний сторожовий таймер із попереднім дільником, відстежуються подвійні помилки шини, перевищення часу відгуку пристрою на шині та ін.). MCF5204 містить вмонтований кеш команд ємністю 512 байт і швидкий статичний ОЗП такої ж ємності, що забезпечує 1-цикловий доступ до найбільше критичних команд і даних. Асинхронний послідовний інтерфейс забезпечує дуплексну роботу з підтримкою модемних сигналів керування (CTS, RTS). Двоканальний 16-бітний універсальний таймер із 8-бітним попереднім дільником має дозвіл 30 нс при тактовій частоті 33 МГц. MCF5204 живиться від 5В і випускається в 100-вивідному корпусі TQFP.

MCF5204
RISC-ядро ColdFireTM	0,5К кеш команд 0,5К ОЗУ
Послідовний інтерфейс	Системний контролер: – прогр. вибірки; – системний захист; – переривання; – JTAG
Таймер 1
Таймер 2	Фоновий налагоджувач

Рис. 9.3. Структура мікроконтролера MCF5204

MCF5206 має продуктивність 17 MIPS при частоті 33 МГц, містить вмонтований контролер DRAM, а також синхронний послідовний інтерфейс М-bus для підключення РКІ-дисплеїв, послідовного EEPROM та інших пристроїв із послідовним доступом.

Motorola активно розвиває сімейство ColdFire з метою досягнення продуктивності 300 MIPS.

9.5.8.2. Сімейства RISC-мікроконтролерів на базі Power PC

Архітектура мікропроцесора PowerPC грунтується на архітектурі POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC – оптимізація продуктивності з розширеною RISC-архітектурою) спочатку запропонованою фірмою IBМ. Архітектура була перевизначена фірмою Motorola для того, щоб забезпечити більш ефективні однокристальні рішення. Процесори PowerPC дозволяють реалізувати на їхній основі різноманітні системи – від недорогих портативних пристроїв до мультипроцесорних суперкомп’ютерів. Вони стали основою RISC-ядра потужних високопродуктивних мікроконтролерів й інтегрованих процесорів сімейств MFC 500 і MFC 800.

Основними особливостями МК із ядрами PowerPC є:

Суперскалярна RISC-архітектура. Обробка декількох команд одночасно для забезпечення надвисокої продуктивності;

Широкий спектр застосувань: кишенькові, вмонтовані, портативні, серверні, мультипроцесорні системи;

Численні операційні системи: Desktop / Server; Windows NT, Sun Solaris, IBM AIX, Mac OS; Novell Netware;

Операційні системи реального часу для вмонтованих прикладень: VMEexec, VxWorks, Psos+. LynxOS, VRTX, OS9, OSE Delta (ENEA), CHORUS та інші.

Нижче в табл. 9.3 подані сімейства процесорів і мікроконтролерів Motorola, заснованих на RISC-архітектурі.

Таблиця 9.3

Сімейства мікропроцесорів і мікроконтролерів Motorola з RISC-архітектурою

Тип	Характеристика
МРС600 МРС700	Сімейство мікропроцесорів для портативних комп'ютерів, настільних систем і серверів. Найвища продуктивність, тактова частота до 350 МГц. Підтримка ведучих комп’ютерних ОС (UNIX, MacOS, WinNT).
МРС800	Сімейство комунікаційних мікроконтролерів. RISC-процесор + RISC-співпроцесор (комунікації). Широкі області застосування: від персональних засобів комунікації до комутаторів АТС.
МРС500	Сімейство комунікаційних мікроконтролерів для вмонтованого управління. Перша вмонтована реалізація Power PC™. Область застосування: високопродуктивні системи управління реального часу, автомобільні контролери, GPC.

Сімейство RISC-мікроконтролерів МРС50х

Першим мікроконтролером фірми Motorola, створеним на базі ядра PowerPC, є МРС505. Цей МК використовує 32-бітову частину архітектури PowerPC, що забезпечує 32-бітові ефективні адреси, 8-, 16-, 32-розрядні дані цілого типу, а також 32- і 64-розрядні дані з плаваючою точкою.

МРС505 включає 4 кбайти вмонтованої кеш-пам’яті, 4 кбайти статичного ОЗП, блок системної інтеграції (SIM) з програмованими вибірками, модуль комунікаційного процесора (СРМ), а також вмонтований налагоджувач. Модуль системної інтеграції містить, крім того, контролер PCMCIA (master), синтезатор тактової частоти, а також стандартні для SIM функції: системний захист, обслуговування переривань і годинник реального часу.

Центральний 32-розрядний RISC-процесор (RCPU) об'єднує в собі чотири операційні блоки: блок цілих чисел, блок завантаження/збереження (LSU), блок виконання переходів (BPU), блок плаваючої точки (FPU). RCPU спроможний виконувати за один такт одну послідовну команду (без переходів). До того ж, команди переходів можуть виконуватися в тому ж порядку, що дозволяє підвищити продуктивність.

Комунікаційний процесор має, додатково до функцій СРМ МС68360, можливість програмно обслуговувати модемні протоколи до V. 34 за допомогою вмонтованого блока MAC (Multiply and Accumulate, множення з накопиченням). Додано також інтерфейс 12С і два обслуговуючі його канали ПДП.

Сімейство комунікаційних RISC-мікроконтролерів МРС8хх

Сімейство комунікаційних RISC-мікроконтролерів включає МК МРС860, МРС821 та МРС823. Структурна схема мікроконтролера МРС860 наведена на рис. 9.4. Версії МРС860 включають MPC860EN, що підтримує до 4-х каналів Ethernet одночасно. МРС860DС із скороченою до двох кількістю SCC, MPC860DE із двома каналами Ethernet, а також МРС860МН, що забезпечує обробку 32-х каналів HDLC плюс Ethernet.

Комунікаційний контролер МРС821 має структуру, схожу з MPC860, і відрізняється наявністю контролера РКІ-дисплея з дозвілом VGA 640 х 480 і 16 кольорами (градаціями сірого), а також зменшеною до 2 кількістю каналів SCC.

МРС823 також містить контролер РКІ з підтримкою відеовиходу на ЕПТ, має один канал SCC і послідовний інтерфейс USB (Universal Serial Bus).

___________