Особенности архитектуры

Как и подавляющее большинство современных 8-разрядных микроконтроллеров, AVR является типичным представителем архитектуры Гарвардского типа. Память программ и память данных в нем отделены друг от друга и находятся в различных адресных пространствах (см. рис.1). ЦПУ имеет две независимые шины: 16-разрядную для обращения к ПЗУ и 8-разрядную для взаимодействия с ОЗУ. Длина слова команды у AVR кратна 16-ти битам и может составлять 2 или 4 байта.

Рис.1 Разделение памяти программ и данных в Гарвардской архитектуре

Гарвардская архитектура дает возможность одновременно осуществлять выборку команд из ПЗУ и производить операции над переменными в ОЗУ, что дает существенный прирост производительности. В этом случае, однако, микроконтроллер может выполнять команды только из ПЗУ, но для большинства приложений, где предполагается его использование, это не имеет серьезного значения.

Рис.2 Работа конвейера команд

В микроконтроллерах AVR реализован двухступенчатый конвейер команд (см. рис.2). Во время выполнения текущей команды, происходит выборка и декодирование следующей инструкции. Функционирование конвейера нарушается только в те моменты, когда результат выполнения команды не определен. Это относится к командам типа Test & Skip (Проверка и пропуск) и аппаратным прерываниям. В первом случае происходит ветвление по условию, которое заранее неизвестно, а во втором – программный переход в неопределенный момент времени.

AVR имеют систему команд RISC (Reduced Instruct Set Computers – компьютеры с сокращённым набором команд). Такая система подразумевает наличие небольшого, хорошо продуманного набора команд, большая часть из которых выполняется за одинаковый промежуток времени (машинный цикл). Машинный цикл ядра AVR – 1 период тактовой частоты системного генератора. Это означает, что производительность микроконтроллера составляет 1 MIPS (Millions Instruction Per Second) на 1 МГц (!) или 20 MIPS при наибольшей частоте 20 МГц.

Рис.3 Внутреннее устройство микроконтроллеров семейства ATtiny

Внутренняя структура микроконтроллеров семейства ATtiny приведена на рис.3, а семейства ATmega на рис.4. Аппаратные модули, закрашенные серым цветом, имеются не во всех моделях AVR.

Рис.4 Внутреннее устройство микроконтроллеров семейства ATmega

Вопрос №6. Возможности микроконтроллера AT90S2313.
AT90S2313

8- ми разрядный AVR® микроконтроллер с 2 Кбайт Flash памятью с поддержкой внутрисистемного программирования

Не рекомендован в новых разработках см ATtiny2313

Отличительные особенности:

• AVR® - высокая производительность и RISC архитектура с низким энергопотреблением
• 118 мощных инструкций - большинство из них выполняются за один такт
• 2 Кбайт Flash- памяти с поддержкой внутрисистемного программирования
  SPI- последовательный
  интерфейс для загрузки программного кода Ресурс: 1000 циклов записи/ стирания
• 128 байта EEPROM:
  Ресурс: 100 000 циклов запись/ стирание
• Рабочие регистры общего назначения 32 х 8
• 15 программируемых линий I/O
• Питание VCC: от 2.7 В до 6.0 В
• Полностью статический режим работы:
  От 0 до 10 МГц, при питании от 4.0 В до 6.0 В
  От 0 до 4 МГц, при питании от 2.7 В до 6.0 В
• Производительность, вплоть до 10 MIPS при 10 МГц
• Один 8-ми разрядный таймер/ счетчик с отдельным предварительным делителем частоты
• Один 16-ти разрядный таймер/ счетчик с отдельным предварительным делителем частоты с режимами сравнения и захвата
• Полнодуплексный UART
• Выбираемые 8, 9, или 10-ти разрядные режимы широтно- импульсной модуляции (ШИМ)
• Внешние и внутренние источники прерывания
• Программируемый следящий таймер с встроенным тактовым генератором
• Встроенный аналоговый компаратор
• Экономичные режимы ожидания и пониженного энергопотребления
• Программируемая блокировка для безопасности программного обеспечения
• 20 выводов

Блок- схема:

Расположение выводов:

Описание:

AT90S2313 является 8-ми разрядным CMOS микроконтроллером с низким энергопотреблением, основанным на усовершенствованной AVR RISC архитектуре. Благодаря выполнению высокопроизводительных инструкций за один период тактового сигнала, AT90S2313 достигает производительности, приближающейся к уровню 1 MIPS на МГц, обеспечивая разработчику возможность оптимизировать уровень энергопотребления в соответствии с необходимой вычислительной производительностью.

Ядро AVR содержит мощный набор инструкций и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра напрямую подключены к арифметико - логическому устройству (АЛУ), что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной инструкции за один такт. В результате, данная архитектура имеет более высокую эффективность кода, при повышении пропускной способности, вплоть до 10 раз, по сравнению со стандартными микроконтроллерами CISC.

AT90S2313 имеет: 2 Кбайт Flash - памяти с поддержкой внутрисистемного программирования, 128 байт EEPROM, 15 линий I/O общего назначения, 32 рабочих регистра общего назначения, универсальные таймеры/ счетчики с режимами сравнения, внутренние и внешние прерывания, программируемый UART последовательного типа, программируемый следящий таймер с встроенным тактовым генератором и программируемый последовательный порт SPI для загрузки программ в Flash память, а также, два программно выбираемых режима экономии энергопотребления. Режим ожидания «Idle Mode» останавливает CPU, но позволяет функционировать SRAM, таймеру/ счетчикам, SPI порту и системе прерываний. Режим экономии энергопотребления «Power Down» сохраняет значения регистров, но останавливает тактовый генератор, отключая все остальные функции микроконтроллера, вплоть до следующего внешнего прерывания, или до аппаратной инициализации.

Устройство производится с применением технологи энергонезависимой памяти с высокой плотностью размещения, разработанной в корпорации Atmel. Встроенная Flash - память с поддержкой внутрисистемного программирования обеспечивает возможность перепрограммирования программного кода в составе системы, посредством SPI последовательного интерфейса, или с помощью стандартного программатора энергонезависимой памяти. Благодаря совмещению усовершенствованного 8-ми разрядного RISC CPU с Flash- памятью с поддержкой внутрисистемного программирования на одном кристалле получился высокопроизводительный микроконтроллер AT90S2313, обеспечивающий гибкое и экономически- высокоэффективное решение для многих приложений встраиваемых систем управления.

AVR AT90S2313 поддерживается полным набором программ и пакетов для разработки, включая: компиляторы С, макроассемблеры, отладчики/ симуляторы программ, внутрисхемные эмуляторы и наборы для макетирования.