Шумахер У. Полупроводниковая электроника

вольной формы, формировании сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), цифро-аналоговом преобразовании, программном управлении временными характеристиками сигналов или при подсчёте количества импульсов в интервале времени между внешними событиями.

Два 16-битных таймера и соответствующие им регистры (в которых хранятся данные для перезагрузки таймеров) создают две независимые базы отсчёта временных интервалов, необходимые для работы системы регистров захвата/сравнения.

В качестве тактовых сигналов для блоков CAPCOM могут использоваться как внутренние тактовые сигналы ЦПУ (после соответствующих преобразований), так и сигналы, генерирующиеся при переполнении (сверху или снизу) таймера T6 в блоке GPT2. Это позволяет в широких пределах варьировать временные параметры и разрешающую способность таймеров, приводя их в соответствие с требованиями, предъявляемыми теми или иными практическими приложениями. Кроме того, один из таймеров каждого блока CAPCOM имеет специальный вход подсчёта внешних событий, что обеспечивает возможность управления регистрами захвата/сравнения с помощью внешних сигналов.

Каждая из двух групп регистров захвата/сравнения состоит из 16 комбинированных регистров захвата/сравнения; каждый из которых может быть индивидуально «привязан» к одному из двух таймеров соответствующего блока CAPCOM и запрограммирован на выполнение функции захвата или сравнения. Каждый регистр связан с выводом порта, который может работать в качестве входа, если задействован режим захвата, или выхода, если задействован режим сравнения (состояние этого выхода показывает, произошло ли событие сравнения).

Если для регистра захвата/сравнения был выбран режим захвата, то текущее значение связанного с ним таймера будет сохранено (захвачено) в этом регистре в ответ на наступление внешнего события на связанном с ним входе. Кроме того, может быть сгенерирован соответствующий запрос на прерывание. Срабатывание от внешнего события может происходить по нарастающему или по спадающему фронту сигнала на входе, либо осуществляться по обоим фронтам.

Содержимое всех регистров, выбранных для одного из пяти методов сравнения, будет непрерывно сравниваться с содержимым связанного с ним таймера. При совпадении текущего значения таймера с содержимым регистра захвата/сравнения выполняется то или иное действие, зависящее от выбранного режима сравнения.

Блок захвата/сравнения CAPCOM6

Блок CAPCOM6 обеспечивает 3 канала захвата/сравнения и дополнительный канал сравнения. Каждый из трёх каналов захвата/сравнения может управлять двумя выходными линиями, которые программируются на генерацию неперекрывающихся последовательностей импульсов. Дополнительный канал сравнения используется для формирования независимого выходного сигнала, либо для модуляции выходных сигналов трёх остальных каналов.

Универсальные многоканальные ШИМсигналы могут генерироваться под управлением либо внутренних таймеров, либо внешних сигналов, поступающих, к примеру, от датчика Холла. Активный уровень сигнала может выбираться отдельно для каждого из выходных каналов.

Блок CAPCOM6 поддерживает также функцию аппаратной ловушки, когда в качестве отклика на внешний сигнал устанавливаются определённые уровни выходных сигналов.

Блок ШИМ

Блок ШИМ обеспечивает генерацию до четырёх независимых высокоскоростных ШИМ-сигналов. Он может генерировать как стандартные ШИМ-сигналы (выровненные по фронту), так и симметричные ШИМ-сиг- налы (выровненные относительно центра). В пакетном режиме сигналы двух каналов могут быть объединены по «И» так, что выходной сигнал одного из каналов является запускающим для второго канала. Режим однократного запуска позволяет под управлением прикладной программы генерировать (с перезапуском) одиночные импульсы. Каждый канал ШИМ управляется реверсивным счётчиком совместно с регистрами перезагрузки и сравнения. Для задания полярности выходной ШИМ-последовательности может использоваться сигнал с выхода триггерной защёлки соответствующего порта (подключается по схеме Исключающее ИЛИ).

даваемые программно выводы микроконтроллера. Обмен данными может производиться на скорости до 400 Кбит/с. Под обслуживание модуля I2C зарезервированы две группы векторов прерываний, что позволяет эффективно использовать прерывания при организации обмена данными по шине I2C; кроме того, поддерживается передача данных с использованием контроллера периферийных событий (PEC).

Примечание. Выводы порта, предназначенные для работы с шиной I2C, могут работать только как выходы с открытым стоком, поскольку этого требует спецификация данной шины.

Встроенный CAN-модуль

Встроенный CAN-модуль предназначен для управления приёмом и передачей пакетов данных в соответствии со спецификацией CAN v2.0 Part B (active), т.е. он обеспечивает автономный приём и передачу как стандартных пакетов данных с 11-битным идентификатором, так и расширенных пакетов данных с 29-битным идентификатором.

Модуль CAN имеет 15 буферов приёма/передачи и обеспечивает для них полнофункциональный режим работы (fullCAN). Буфер приёма/передачи номер 15 может быть сконфигурирован для работы в режиме basic-CAN. Оба режима имеют приёмные маски, которые обеспечивают фильтрацию входящих сообщений, что позволяет, например, при работе в режиме basicCAN игнорировать сообщения с идентификаторами, соответствующими режиму fullCAN. Все буферы приёма/передачи могут обновляться независимо друг от друга; максимальная длина сообщения составляет 8 байт.

Тактовая синхронизация осуществляется от сигнала XCLK. Тактовая частота программируется, чтобы обеспечить скорость передачи данных до 1 Мбит/с.

Для подключения модуля CAN к драйверу шины используется два вывода микроконтроллера.

USB-интерфейс

Модуль USB управляет всеми транзакциями между последовательной шиной USB и внутренней параллельной шиной микроконтроллера. Модуль USB включает в себя ряд функциональных блоков, необ-

ходимых для поддержки обмена данными по шине:

встроенный трансивер шины USB;

блок памяти USB (две страницы по 128 байт);

блок управления памятью (MMU), через который осуществляется доступ к памяти USB как для самого контроллера USB, так и для ЦПУ микроконтроллера;

блок UDC — управляющее ядро протокола обмена данными через шину USB;

интерфейс микроконтроллера, включающий в себя регистры специальных функций;

логический блок управления запросами на прерывание;

генератор тактовых сигналов для модуля USB, программируемый на работу с высокой и низкой скоростью обмена данными по шине USB.

SDLM-интерфейс

Совместно с внешним трансивером шины J1850, модуль последовательной передачи данных (Serial Data Link Module — SDLM) обеспечивает обмен данными через мультиплексированную последовательную шину J1850. Характеристики модуля отвечают требованиям спецификации SAE Class B J1850 для шины J1850, в которой используется модуляция с переменной шириной импульса (VPW). Модуль SDLM является встроенным периферийным устройством и подключается к ЦПУ через внутреннюю системную шину XBUS.

Модуль SDLM обеспечивает следующие основные характеристики:

соответствие требованиям спецификации SAE Class B J1850 (VPW);

полная поддержка протокола class 2;

работа в режиме модуляции с переменной шириной импульсов (VPW) на скорости 10.4 Кбит/с;

поддержка увеличенной в 4 раза скорости передачи данных — 41.6 Кбит/с;

программируемый бит нормализации;

программируемая задержка сигналов, поступающих в трансивер;

цифровой фильтр подавления помех;

режим энергосбережения с возможностью автоматического пробуждения при обнаружении активности на шине;

поддержка однобайтного заголовка и компактного заголовка;

генерация CRC и проверка контрольных сумм;

Периодический выход из режима ожидания

Метод периодического вывода микроконтроллера из режима ожидания позволяет, наряду со значительным снижением энергопотребления (особенно в сочетании с дополнительными режимами контроля энергопотребления), обеспечить высокую степень готовности системы. Опрос внешних сигналов и событий осуществляется на самой низкой скорости в моменты периодической активации ЦПУ и отдельных периферийных устройств, после чего микроконтроллер быстро возвращается в энергосберегающий режим. Таким образом, среднее энергопотребление системы значительно снижается.

7.3.10.Особенности микроконтроллеров семейства XC166

При разработке микроконтроллеров семейства XC166 были сохранены основные свойства архитектуры семейства С166. Прежде всего, это относится к системе команд процессора. Она не претерпела существенных изменений, что позволяет использовать в контроллерах нового семейства как разработанное ранее программное обеспечение, так и хорошо зарекомендовавшие себя схемотехнические решения. Благодаря наличию дополнительных DSP-ориен- тированных команд, заметно увеличилась производительность ЦПУ при решении соответствующих задач (например, при цифровой фильтрации).

Также была сохранена базовая концепция использования регистров для управления периферийными устройствами. Адресное пространство регистров было расширено, чтобы обеспечить поддержку дополнительных периферийных модулей. Благодаря наличию в микроконтроллере различных оптимизированных модулей памяти, имеется возможность реализовать эффективный доступ к регистрам, данным и программному коду.

Коммуникационные возможности микроконтроллеров семейства XC166 возросли за счёт того, что, с одной стороны, стало возможным включить в структуру микроконтроллера несколько независимо работающих копий хорошо знакомых пользователям интерфейсов (ASC, SSC), а с другой стороны, стали использоваться новые высокопроизводительные модули, например TwinCAN.

7.3.11.Система команд микроконтроллеров семейства C166

В данном разделе приведён краткий обзор команд микроконтроллеров семейства С166 в соответствии с их распределением по различным классам. Цель обзора — дать читателю основные сведения о системе команд, продемонстрировать мощность и многофункциональность этих команд, а также ознакомить с общими принципами их использования.

Арифметические команды

Сложение двух слов или байтов: ADD, ADDB.

Сложение с переносом двух слов или байтов: ADDC, ADDCB.

Вычитание двух слов или байтов: SUB, SUBB.

Вычитание с переносом двух слов или байтов: SUBC, SUBCB.

16 16-битное знаковое и беззнаковое умножение: MUL, MULU.

16/16-битное знаковое или беззнаковое деление: DIV, DIVU.

32/16-битное знаковое или беззнаковое деление: DIV, DIVU.

Инверсия: CPL, CPLB.

Отрицание: NEG, NEGB.

Логические команды

Побитовое логическое умножение (И) двух слов или байтов: AND, ANDB.

Побитовое логическое сложение (ИЛИ) двух слов или байтов: OR, ORB.

Побитовое логическое Исключающее ИЛИ двух слов или байтов: XOR, XORB.

Команды сравнения и организации циклов

Сравнение двух слов или байтов: CMP, CMPB.

Сравнение двух слов или байтов с последующим инкрементированием на 1 или 2: CMPI1, CMPBI2.

Сравнение двух слов или байтов с последующим декрементированием на 1 или 2: CMPD1, CMPBD2.

Команды работы с битовыми переменными

Маскирование старшего и младшего байта слова: BFLDH, BFLDL.

Установка одного бита в 1: BSET.

Команды управления режимами работы микроконтроллера

Перезапуск микроконтроллера программным способом: SRST.

Переход в режим ожидания: IDLE.

Переход в режим пониженного энергопотребления: PWRDN.

Обслуживание сторожевого таймера: SRVWDT.

Отключение сторожевого таймера: DISWDT.

Команда завершения инициализации (переводит вывод RSTOUT в ВЫСОКИЙ уровень и блокирует выполнение любых последующих команд DISWDT): EINIT.

Прочие команды

Команда, не производящая никаких действий, требует 2 байта для своего размещения в памяти программ и имеет минимальное время среди всех команд исполнения: NOP.

Команда, указывающая, что последующие команды должны образовывать неразрывную цепочку: ATOMIC.

Переключение режимов адресации reg, bitoff и bitaddr на расширенную область регистров специальных функций (ESFR): EXTR.

Отключение схемы адресации на основе регистра-указателя данных (DPP) с использованием вместо DPP заданной страницы данных и (опционально) с возможностью переключения на расширенную область регистров специальных функций (ESFR): EXTP, EXTPR.

Отключение схемы адресации на основе регистра-указателя данных (DPP) с использованием вместо DPP заданного сегмента и (опционально) с возможностью переключения на расширенную область регистров специальных функций (ESFR): EXTS, EXTSR.

Примечание. Команды ATOMIC и EXT* используются для создания неразрывных последовательностей команд, таких как последовательность команд обслуживания семафоров. Кроме того, они (за исключением ATOMIC) поддерживают адресацию данных, даже если происходит выход за границы, заданные текущим значением DPP. Такая возможность исключительно полезна при работе с большими объёмами памяти, что характерно для языков высокого уровня.

DSP-ориентированные команды

Микроконтроллеры семейства XC166 построены на процессорном ядре C166SV2. Его блок умножения/деления поддерживает ряд дополнительных (по сравнению с версией С166) команд:

Перемещение данных: CoMOV, CoLOAD(2), CoSTORE.

Умножение двух 16-битных чисел: CoMUL.

Умножение двух 16-битных чисел с последующим 40-битным сложением: CoMAC(R).

Умножение с последующим сложением и одновременным перемещением данных: CoMACM(R).

31/40-битные арифметические команды: CoADD(2), CoSUB(2), CoASHR(2), CoSHR, CoSHL, CoCMP.

Специальные арифметические функции: CoABS, CoMIN, CoMAX, CoNEG, CoRND.

Пустая команда (служит для изменения указателя адреса): CoNOP.

Защищённые команды

Некоторые команды, критические для функционирования микроконтроллера, представляют собой так называемые защищённые команды. Эти команды используют максимально допустимый для декодирования формат (32 бит), тогда как обычные команды используют только часть этого формата (как правило, младшие 8 бит), а остальные биты служат для хранения дополнительной информации, например информации о задействованных регистрах.

Декодирование всех 32 бит защищённой команды позволяет снизить вероятность искажения данных в процессе считывания. Такие важные команды, как программный сброс микроконтроллера, выполняются лишь в том случае, если вся команда целиком была декодирована безошибочно. Это повышает безопасность и стабильность работы микроконтроллерных систем.

7.3.12.Функциональные схемы 16-битных микроконтроллеров

Блок-схемы, приведенные на Рис. 7.26…7.34, лишний раз демонстрируют широкое разнообразие 16-битных микроконтроллеров семейства С166. Обратите внимание, что здесь представлены не все ныне существующие модификации микроконтроллеров данного семейства; к тому же, продолжается разработка новых модификаций.

Сторожевой

таймер

16

Синхронный

последовательный

канал

(SPI)

SSC

BRG

Порт 2