Шумахер У. Полупроводниковая электроника

распределения адресов векторов прерыва-

3. В текущий момент выполняется команда

ний для микроконтроллера С501. Обычно

векторы прерываний расположены в облас-

ти ПЗУ, начинающейся с адреса 0003h. Ми-

иные

активизируемые

по

прерыванию

нимальный интервал между двумя последо-

регистры.

вательными векторами прерывания состав-

ляет 8 байт, следовательно, вектора преры-

имеет место, то команда LCALL, вызываю-

ваний могут располагаться по адресам

щая процедуру обработки прерывания, не

0003h, 000Bh, 0013h, 001Bh, 0023h, 002Bh,

будет запущена. Условие 2 гарантирует, что

0033h, …00FBh.

выполнение текущей команды будет полно-

стью завершено до того, как микроконтрол-

FFFFh

Память

лер переключится на процедуру обработки

прерывания. Условие 3

обеспечивает

ис-

программ

полнение как минимум одной команды (из

Прерывание

основного тела программы) до переключе-

002Bh

от Таймера 2

ния на следующую программу обработки

прерывания. Эта задержка даёт возмож-

вательного порта

ность контроллеру прерываний обнаружи-

Прерывание

вать изменения в текущем приоритете пре-

001Bh

от Таймера 1

рывания.

Внешнее

0013h

прерывание 1

каждом машинном цикле. При этом обра-

Прерывание

8 байт

батывается значение флага, зафиксирован-

000Bh

от Таймера 0

ное в предыдущем машинном цикле. Надо

Внешнее

отметить, что если флаг запроса на преры-

0003h

прерывание 0

вание был установлен, но соответствующая

Сброс

реакция микроконтроллера была заблоки-

рована одним из указанных выше условий и

Рис. 7.6. Источники прерываний и адреса со-

при этом на момент окончания действия

блокирующего

условия

флаг

запроса

на

ответствующих векторов (на примере микро-

прерывание перестал быть активным,

то

контроллера С501).

прерывание, обработка которого ещё не на-

Источник прерывания, устанавливая со-

чалась, так и не будет обработано.

ответствующий флаг, информирует конт-

что флаг запроса на прерывание был уста-

роллер прерываний о возникновении усло-

новлен, но это прерывание не было обрабо-

вий, требующих

запроса

на

прерывание.

тано; в каждом цикле опроса во внимание

Состояние флага

запроса

на

прерывание

принимаются только активные запросы на

фиксируется в каждом машинном цикле.

прерывание.

В следующем машинном

цикле произво-

дится опрос его состояния. Если флаг был

опроса/вызова команды LCALL показана

установлен, то контроллер прерываний сге-

на Рис. 7.7.

нерирует команду LCALL, которая вызовет

переход ЦПУ к программе обработки, рас-

C1

C2

C3

C4

C5

положенной по адресу, указанному в соот-

S5P2

ветствующем векторе прерывания. Эта ап-

паратная команда LCALL может быть за-

блокирована любым из ниже перечислен-

ных условий:

Преры-

Преры-

Команда

Программа

1. Уже обрабатывается прерывание с рав-

вание

вание

перехода

обработки

ным или более высоким приоритетом.

обнару-

опро-

по вектору

прерывания

2. Текущий машинный цикл (опроса) не

жено

шено

прерывания

является последним циклом для коман-

Рис. 7.7. Временная диаграмма процесса обна-

ды, которая исполнялась в момент пос-

ружения прерывания и входа в программу его

тупления запроса на прерывание.

обработки.

Надо отметить, что в соответствии с при-

Вызов этой команды сам по себе занимает

ведёнными выше правилами прерывание,

два машинных цикла. Следовательно, меж-

поступившее во время фаз С5 и С6, если

ду моментом обнаружения внешнего пре-

оно обладает высоким приоритетом и ста-

рывания и исполнением первой команды

новится активным перед S5P2 (в машинном

программы обработки прерывания пройдёт

цикле С3 на Рис. 7.7), будет обработано да-

как минимум три полных машинных цикла.

же без исполнения хотя бы одной команды

Более длительное время реакции на вне-

из программы с приоритетом более низкого

шнее прерывание может быть результатом

уровня.

блокирования запроса любым из трёх упо-

Таким образом, процессор реагирует на

мянутых выше условий. Если уже обраба-

прерывание выполнением аппаратной ко-

тывается прерывание с таким же или более

манды LCALL для вызова соответствующей

высоким уровнем приоритета, то длитель-

программы обработки прерывания. В неко-

ность дополнительной задержки будет оп-

торых случаях после этого аппаратно сбра-

ределяться параметрами текущей (уже ис-

сывается флаг запроса прерывания. В ос-

полняемой) программы обработки преры-

тальных случаях флаг сброшен не будет, и

вания. Даже если для завершения команды,

пользовательская программа должна будет

исполняемой на момент обнаружения пре-

сделать это сама.

рывания, требуется какое-то время, то за-

Выполнение программы обработки пре-

держка не может превысить три машинных

рывания продолжается последовательно

цикла, поскольку процесс исполнения даже

вплоть до команды RETI. Команда RETI

самых длинных команд (MUL и DIV) зани-

информирует процессор о том, что про-

мает только четыре машинных цикла. Од-

грамма обработки прерывания закончила

нако если исполняемая в момент обнаруже-

свою работу, и перегружает два верхних

ния прерывания команда является коман-

байта из стека в счётчик команд. Выполне-

дой возврата из обработки прерывания

ние ранее прерванной основной програм-

(RETI), командой записи в регистр разре-

мы возобновляется с того места, в котором

шения прерывания или командой записи в

она была приостановлена. Необходимо от-

регистр приоритетов прерываний, то до-

метить, что команда RETI играет очень

полнительная задержка не превысит пяти

важную роль, поскольку она информирует

машинных циклов (не более чем один ма-

процессор о том, что после возобновления

шинный цикл, который нужен для завер-

основной программы разрешён приём пре-

шения текущей исполняемой команды, и

рываний с текущим уровнем приоритета

максимум четыре машинных цикла, необ-

(т.е. с тем же уровнем приоритета, как и

ходимых для исполнения следующей длин-

только что обработанное прерывание).

ной команды, например команды умноже-

Простая команда RET тоже приводит к

ния или деления (MUL или DIV)).

возобновлению прерванной основной про-

Следовательно, если имеет место оди-

граммы, но контроллер прерываний будет

ночное прерывание, то время реакции на

считать, что текущее прерывание всё ещё

него (с момента обнаружения прерывания

активно. В этом случае никакие новые пре-

до начала выполнения первой команды

рывания с тем же или более низким уров-

программы-обработчика) всегда превышает

нем приоритета не будут восприняты про-

три машинных цикла и всегда меньше, чем

цессором.

девять машинных циклов.

роллера, в зависимости от его модифика-

нератора. Как правило, арифметические и

ции, либо предназначаются исключительно

логические операции реализуются в фазе 1,

для приёма аналоговых сигналов, либо мо-

а пересылка данных между регистрами — в

гут использоваться как в качестве аналого-

фазе 2.

вых входов, так и в качестве цифровых пор-

Временные диаграммы, приведённые на

тов ввода/вывода (такой вариант является

Рис. 7.10, демонстрируют процесс выборки

стандартным для микроконтроллеров с не-

и исполнения команд микроконтроллера в

большим количеством выводов).

«привязке» к тактам и фазам машинного

Выводы, предназначенные для работы с

цикла.

аналоговыми сигналами, могут функцио-

Поскольку у пользователя отсутствует

нировать в одном из двух режимов. Когда

возможность непосредственного доступа к

они используются в качестве аналоговых

внутренним тактовым сигналам микрокон-

входов, номер требуемого аналогового ка-

троллера, для получения косвенной инфор-

нала задаётся значением соответствующего

мации о них может быть использован сиг-

битового поля в управляющем регистре

нал ALE (разрешение фиксации адреса в

АЦП. Когда же они используются в качест-

триггерной защёлке). Сигнал ALE обычно

ве цифровых входов, связанный с данным

переводится в активное состояние дважды в

портом регистр специальных функций бу-

течение каждого машинного цикла: это

дет содержать цифровое значение, присут-

происходит сначала в фазах S1P2 и S2P2 и

ствующее на линиях порта. Для того чтобы

повторно в фазах S4P2 и S5P1.

это цифровое значение линий порта было

Исполнение команды

длительностью

в

считано в регистр, уровни входных напря-

один машинный цикл начинается в фазе S1P2

жений на них должны находиться в заранее

с записи кода команды в регистр команд.

заданных для логического 0 и логической 1

Если исполняемая команда является двух-

границах (VIL/VIH). Таким образом, можно

байтной, то считывание второго байта кода

одновременно использовать

аналоговые

операции (КОП) производится в фазе S4 того

входные порты для приёма аналоговых и

же самого машинного цикла. Если команда

цифровых сигналов.

однобайтная, то прочитанный в фазе S4 байт

После сброса микроконтроллера все ана-

(который представляет собой КОП следую-

логовые функции выводов блокируются, и

щей команды) игнорируется (отбрасывает-

они конфигурируются как линии цифровых

ся), и инкрементирования счётчика команд

портов ввода/вывода. Аналоговые функ-

не происходит. Исполнение команды будет

ции могут быть назначены линиям порта

закончено в конце фазы S6P2.

только после установки соответствующих

На Рис. 7.10, а, б приведены временные

битов в регистре специальных функций

диаграммы исполнения

однобайтной

и

(SFR) этого порта. Запись логического нуля

двухбайтной команд длительностью в один

в соответствующий бит регистра SFR кон-

машинный цикл.

фигурирует данный вход как аналоговый.

Большинство команд микроконтролле-

Неиспользуемые аналоговые

входы могут

ров семейства С500 исполняются за один

по-прежнему использоваться как линии

машинный цикл. Только команды MUL

цифрового порта ввода/вывода.

(умножение) и DIV (деление) требуют более

7.2.7. Тактовые сигналы ЦПУ

двух машинных циклов (а точнее, требуется

четыре цикла). Обычно в каждом машин-

Основной тактовый сигнал

ном цикле из памяти считываются два бай-

та кода операции (КОП). Единственным

Машинный цикл состоит из шести так-

исключением из данного правила является

тов. Каждый из этих тактов разделён на две

исполнение команды MOVX. Эта команда

фазы: фаза 1 и фаза 2. Соответственно,

доступа к внешней памяти данных является

один машинный цикл содержит фазы, на-

однобайтной и выполняется за 2 машинных

чиная с S1P1 (первый такт, первая фаза) и

цикла. Во втором машинного цикле вместо

заканчивая S6P2 (шестой такт, вторая

двух операций чтения КОП осуществляется

фаза).

адресация внешней памяти данных и счи-

В зависимости от версии микроконтрол-

тывание данных из неё. На Рис. 7.10, в, г

лера семейства С500, каждый такт длится

показаны временные диаграммы исполне-

один или два периода сигнала тактового ге-

ния обычной однобайтной команды, зани-