7. Микроконтроллеры avr. Структуры, параметры.

RISC – PicMicro, AVR Atmel - архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Недостаток: фиксированная длина команд, требующая для хранения программы большего объёма памяти. Арифметико-логическое устройство (ALU), в котором выполняются все вычислительные операции, имеет доступ к 32-м оперативным регистрам, объединенным в регистровый файл. Выборка содержимого регистров, выполнение операции и запись результата обратно в регистровый файл выполняются за один машинный цикл. Большинство встраиваемых микроконтроллеров имеют только один такой регистр, непосредственно доступный ALU, - аккумулятор, что требует включения в программу дополнительных команд его загрузки и считывания. РОН находятся в начале адресного пространства оперативной памяти, но физически не являются ее частью. Поэтому к ним можно обращаться двумя способами (как к регистрам и как к памяти). Такое решение является особенностью AVR и повышает эффективность работы и производительность микроконтроллера.

Память выполнена по Гарвардской архитектуре. Организация памяти AVR выполнена по схеме Гарвардского типа, в которой разделены не только адресные пространства памяти программ и памяти данных, но также и шины доступа к ним. Вся программная память AVR-микроконтроллеров выполнена по технологии FLASH представляет собой последовательность 16-разрядных ячеек и имеет емкость от 512 слов до 64K слов в зависимости от типа кристалла. AVR-микроконтроллеры могут иметь внутреннюю (от 0 до 4K байт) и внешнюю (от 0 до 64 Кбайт) оперативную SRAM память и энергонезависимую внутреннюю EEPROM память (от 0 до 4K байт). Разделение шин доступа (рис. 1) к FLASH памяти и SRAM памяти дает возможность иметь шины данных для памяти данных и памяти программ различной разрядности а также использовать технологию конвейеризации. Конвейеризация заключается в том, что во время исполнения текущей команды программный код следующей уже выбирается из памяти и дешифрируется у микроконтроллеров семейства MCS-51 выборка кода команды и ее исполнение осуществляются последовательно, что занимает один машинный цикл, который длится 12 периодов кварцевого резонатора.

Длительность машинного цикла AVR составляет один период кварцевого резонатора. Таким образом, AVR способны обеспечивать заданную производительность при более низкой тактовой частоте. Именно эта особенность архитектуры и позволяет AVR-микроконтроллерам иметь наилучшее соотношение энергопотребление/производительность. Периферия микроконтроллеров AVR включает: порты (от 3 до 48 линий ввода и вывода), поддержку внешних прерываний, таймеры-счетчики, сторожевой таймер, аналоговые компараторы, 10-разрядный 8-канальный АЦП, интерфейсы UART, JTAG и SPI, устройство сброса по понижению питания, широтно-импульсные модуляторы. Микроконтроллеры AVR имеют в своем составе от 1 до 4 таймеров/счетчиков с разрядностью 8 или 16 бит, которые могут работать и как таймеры от внутреннего источника тактовой частоты, и как счетчики внешних событий.

Обобщенная архитектура:

Память выполнена по Гарвардской архитектуре.

Память программ предназначена для хранения команд, управляющих функционированием МК. В памяти программ также хранятся различные константы, не меняющиеся во время работы программы. Память программ представляет собой электрически стираемое ППЗУ (FLASH-ПЗУ). Для адресации используется счетчик команд.

Память данных разделена на три части: регистровая память, оперативная память (статическое ОЗУ) и энергонезависимое EEPROM. Регистровая память включает в себя 32 РОНа (32 байта) и служебные регистры ВВ (64 байта). В области регистров ВВ расположены различные служебные регистры (регистр указатель стека, регистр состояния и др.), а также регистры управления ПУ, входящими в состав МК. Для хранения переменных программ вместе с регистрами также может использоваться статическое ОЗУ. Есть возможность подключения внешнего статического ОЗУ объемом до 64 Кбайт. Для хранения данных, которые могут изменяться в процессе настройки и функционирования готовой системы (калибровочные константы, серийные номера, ключи и т. п.), может быть использована EEPROM. Эта память расположена в отдельном адресном пространстве, а доступ к ней осуществляется с помощью определенных РВВ.