8–bitowe maluchy – historii ciąg dalszy.pdf - elektronika inne - elektronik-instrukcja

PODZESPOŁY

8–bitowe maluchy

– historii ciąg dalszy

Wprowadzenie kilka lat temu do sprzedaży przez ﬁrmę Microchip

mikrokontrolerów w obudowach 6–nóżkowych – jak się okazało – nie

był to tylko chwytliwy zabieg reklamowy, lecz także ofensywa

w szybko rozwijającym się segmencie rynku. Dostrzegły go także inne

ﬁrmy (m.in. Atmel, Microchip, Philips iSTMicroelectronics, wstronę

„maluchów” żegluje także SiliconLabs), teraz do grona producentów

„małych” mikrokontrolerów dołączyła ﬁrm Freescale.

Jaki przepis na 6–nóż-

kowy sukces wymyślili

inżynierowie ﬁrmy Fre-

escale? Najbardziej oczy-

wisty: wykorzystali jeden

ze swoich klasycznych

rdzeni – HC08 – i po

drobnych uproszczeniach

wykonali na jego bazie

rdzeń oznaczony symbo-

lem RS08. W ten sposób

powstała rodzina tanich,

prostych (pod względem

budowy i obsługi) i świet-

nie oprogramowanych (do-

stępne są zarówno przy-

kładowe programy, jak

i wysokiej klasy programy

narzędziowe) mikrokontro-

lerów.

RS08 vs HC/HCS08

Ponieważ RS08 jest

rdzeniem „zredukowanym”,

to musi w nim czegoś bra-

kować... Oczywiście tak

jest: konstruktorzy tego

rdzenia skupili się na zmi-

nimalizowaniu jego ﬁzycz-

nych wymiarów w krzemie

(co się silnie przekłada na

cenę układu), a osiągnięto

to dzięki usunięciu z rdze-

nia elementów nadmiaro-

wych z punktu widzenia

aplikacji dostępnych dla

„małych” mikrokontrolerów.

Najważniejsze zmia-

ny wprowadzone w rdze-

niu RS08 w stosunku do

HCS08 to:

W G A M M I E

Jeden z najwi´kszych

Êwiatowych producentów:

• rezystorów

• kondensatorów (ceramiczne,

tantalowe)

• pami´ci EEPROM

• diod prostowniczych, Schottkiego,

tranzystorów

• diod LED, laserowych, czujników

optycznych

• uk∏adów scalonych: stabilizatorów

napi´cia, sterowników silników,

uk∏adów multimedialnych,

wzmacniaczy audio

• specjalizowane uk∏ady LSI

dla nap´dów CD, DVD,

drukarek fiskalnych

01-013 Warszawa, ul. Kacza 6 lok. A

tel. (022) 862-75-00, fax (022) 862-75-01

e-mail: info@gamma.pl

www.gamma.pl

Elektronika Praktyczna 7/2006

PODZESPOŁY

Jak to jest z rdzeniami mikrokontrolerów ﬁrmy Freescale

Mikrokontrolery z rdzeniami HC08 Motorola (niegdyś)/Freescale (teraz)

są produkowane od lat. Ich unowocześnioną technologicznie wersją są

rdzenie HCS08, przy najpoważniejszą wprowadzoną w nich modyﬁkacją

jest przygotowanie ich opisu w języku HDL i każdorazowe syntezowanie

(stąd „S” w nazwie, od angielskiego Sythesizable ) wraz ze zdeﬁniowa-

nymi modułami peryferyjnymi.

Rdzenie RS08 zastosowane w prezentowanych mikrokontrolerach to

uproszczone funkcjonalnie (stąd „R” w nazwie, od angielskiego Reduced )

rdzenie HCS08, które są – podobnie jak HCS08 – także poddawane

syntezowaniu wraz z otaczającymi peryferiami na etapie przygotowywa-

nia masek.

programistę koniecz-

ność ustalenia źródła

sygnału przerwania.

Optymalizacji rdzenia

RS08 pod kątem dopasowa-

nia do „małych” aplikacji

nie przeprowadzono wyłącz-

nie za pomocą piły odcina-

jącej fragmenty uznane za

nadmiarowe. Wprowadzono

także kilka modyﬁkacji roz-

budowujących rdzeń, które

mają służyć zmniejszeniu

zajętości pamięci Flash oraz

przyspieszeniu wykonywa-

nia programów:

– wprowadzono dwa

nowe tryby adresowa-

nia: Short oraz Tiny

(są to uproszczone try-

by adresowania bezpo-

średniego o ograniczo-

nym zasięgu),

– zastosowano rejestr

Shadow PC , który słu-

ży do przechowywania

adresu powrotu z pro-

cedury spełnia rolę jed-

nopoziomowego stosu),

– operacje na rejestrze

Shadow PC umożli-

wiają dwie nowe in-

strukcje: SHA i SLA

(wymiana zawartości

rejestru z zawartością

akumulatora),

– wprowadzono tzw.

pseudoinstrukcje, czy-

li mechanizm emulacji

niektórych instrukcji

niedostępnych na liście

rdzenia RS08 (mają

z niego korzystać auto-

matycznie kompilatory),

– wprowadzono mecha-

nizm stronicowania pa-

mięci w oknie 64–bajto-

wym, który umożliwia

m.in. wykonywanie

operacji na całej pa-

mięci Flash o pojem-

ności do 16 kB za po-

mocą rozkazów o „krót-

kim” adresowaniu.

Dzięki opisanym modyﬁ-

kacjom uzyskano zmniejsze-

nie powierzchni zajmowanej

przez rdzeń o 30% w sto-

sunku do wersji HCS08 wy-

konywanej w tej samej tech-

nologii, a przy umiejętnym

podejściu do programowania

mikrokontrolerów, możliwe

jest także 15...20–procento-

we zmniejszenie zapotrzebo-

wania na pamięć programu.

– usunięcie z listy in-

strukcji poleceń: Mu-

tiply , Divide , Nibble

Swap , Decimal Adjust

Acc , Negate , Comple-

ment , Arithmetic Shift

i niektórych instrukcji

skoków oraz operacji

na stosie,

– w rejestrze znaczników

(ﬂag) CCR ( Condition

Code Register ) pozo-

stawiono jedynie dwie

ﬂagi: Carry i Zero ,

– usunięcie z rdzenia re-

jestru H oraz wskaź-

nika stosu SP ( Stack

Pointer ),

– nie jest dozwolone

wielopoziomowe wy-

woływanie procedur

z procedur,

– licznik PC ma długość

14 bitów, co ogranicza

maksymalny rozmiar

pamięci programu do

16 kB,

– wektorowy moduł ob-

sługi przerwań zastą-

piono znacznie prost-

szym mechanizmem,

który przerzuca na

Nowy rdzeń w nowych

mikrokontrolerach

Firma Freescale wpro-

wadziła w maju tego roku

do sprzedaży dwa mi-

krokontrolery wyposażone

w rdzeń RS08, noszą one

oznaczenia MC9RS08KA1

i MC9RS08KA2. Mają one

identyczną budowę we-

wnętrzną ( rys. 1 ), różnią

się jedynie pojemnością

pamięci Flash: pierwszy

z wymienionych ma jej

1 kB, drugi – 2 kB.

Wewnętrzne peryferia

prezentowanych mikrokon-

trolerów są dość skromne,

ale ich przemyślana bu-

dowa i wynikająca z tego

uniwersalność pozwalają

wykorzystać je m.in. do

budowy przetwornika A/C.

Oprócz komparatora

analogowego z własnym

źródłem napięcia odniesie-

nia, timera oraz interfejsu

KBI standardowym wy-

posażeniem mikrokontro-

lerów MC9RS08KAx jest

wewnętrzny generator tak-

tujący ICS ( Internal Clock

Source ), który wyposażo-

no w generator o często-

tliwości 31,25 kHz i pętlę

FLL o skoku 0,2%. Zasto-

Rys. 1. Schemat blokowy mikrokontrolera MC9RS08KA

Elektronika Praktyczna 7/2006

PODZESPOŁY

Rys. 2. Schemat elektryczny połączeń interfejsu BDC

sowany generator charak-

teryzuje się niezłą stabil-

nością: ±2% dla maksy-

malnych dopuszczalnych

zmian wartości napięcia

zasilającego i temperatu-

ry otoczenia. maksymalna

częstotliwość taktowania

CPU wynosi 20 MHz, co

przekłada się na prędkość

magistrali danych wyno-

szącą 10 MHz.

O ile standardowe pe-

ryferia prezentowanych

mikrokontrolerów trudno

uznać za wybitne (acz-

kolwiek ich elastyczność

mocno akcentuje ich po-

chodzenie z początku XXI

wieku), to wbudowa-

ny układ wspomagający

sprzętowo debugowanie

programu BDC ( Backgro-

und Debug Controller )

należy – pod względem

możliwości i łatwości ko-

rzystania z 1–przewodo-

wego interfejsu (schemat

elektryczny ilustrujący

niezbędne połączenia po-

kazano na rys. 2 ) – do

światowej ekstraklasy.

Warto pamiętać, że nie-

wiele 8–bitowych mikro-

kontrolerów oferuje po-

dobne wyposażenie.

Prezentowane mikro-

kontrolery są przystoso-

wane do zasilania na-

pięciem 1,8...5,5 V, przy

czym zawartość pamięci

SRAM jest zachowywana

do 0,8 V, a maksymalna

częstotliwość taktowania

– 20 MHz – może być

utrzymywana w całym

zakresie dopuszczalnych

napięć zasilających. Śred-

ni pobór prądu podczas

pracy przy zasilaniu na-

pięciem 1,8 V wynosi do

2,4 mA, a przy zasilaniu

napięciem 5 V – nie wię-

cej niż 5,8 mA. Zakres

dopuszczalnych tempe-

ratur otoczenia podczas

pracy wynosi –40...+85 o C.

Obudowy

Mikrokontrolery MC9R-

S08KAx są oferowane

w obudowach DIP8, SOIC8

oraz DFN6 o wymiarach

3x3x1 mm. W tych ostat-

nich dla użytkownika są

dostępne dwie uniwersalne

linie I/O, jedna linia wej-

ściowa i jedna wyjściowa,

a w obudowach 8–nóżko-

8–bitowe nowości

Przegląd najnowszych informacji

o 8–bitowych mikrokontrolerach

z oferty ﬁrmy Freescale można

znaleźć pod adresem: www.

freescale.com/8bit .

Elektronika Praktyczna 7/2006

PODZESPOŁY

wych linii I/O jest 4

plus jedna linia wej-

ściowa i jedna wyj-

ściowa. Linie jedno-

kierunkowe mogą być

wykorzystywane pod-

czas pracy interfejsu

BDC, co nieco ogra-

nicza ich użyteczność

w aplikacjach.

producent udostępnia prak-

tycznie (dla użytkowników

RS08) bezpłatnie. Wersja

dostępna obecnie nie ob-

sługuje kompilacji progra-

mów w języku C na układy

z rdzeniem RS08 (dostępny

jest wyłącznie kompilator

asemblera), ale poprawiona

wersja CodeWarriora ma się

pojawić pod koniec wakacji

tego roku.

Osoby chcące poznać

zarówno możliwości pre-

zentowanych mikrokontro-

lerów jak i środowiska Co-

deWarrior mogą skorzystać

z dostępnego bezpłatnie

internetowego „laborato-

rium” projektowego, które

umożliwia zdalny dostęp

do działającego środowi-

ska ( rys. 3 ) oraz emula-

tora zestawu uruchomie-

niowego ( rys. 4 ). Praca

odbywa się zdalnie (użyt-

kownikowi jest przydzielo-

ny m.in. zdalny dysk) za

pomocą emulatora eksplo-

ratora Windows ( rys. 5 )

uruchomionego w oknie

przeglądarki WWW.

Wszystkie te zasoby są

dostępne po zalogowaniu.

Rys. 3. Virtual-lab daje dostęp do CodeWarriora...

Łyżka dziegciu

Cechy użytko-

we mikrokontrolerów

z rdzeniem RS08 są

– wbrew sugestiom

producenta, który

twierdzi, że są to

Low–End Microcon-

trollers – wystarcza-

jące do tego, żeby

je stosować w wielu

wymagających apli-

kacjach. Kłopotliwym

dla użytkowników

niedopatrzeniem, jest

brak wbudowanej

w mikrokontrolery

przetwornicy zapew-

niającej napięcie pro-

gramowania dla pa-

mięci Flash. Nie jest

to wygodne w prak-

tyce, ale proponowa-

ny przez producenta

jako programator ISP

interfejs USB2BDC

(jego dokumentacja

jest łatwo dostępna),

taką przetwornicę za-

wiera, więc to drob-

ne niedopracowanie

nie dyskwaliﬁkuje

prezentowanych ukła-

dów.

Rys. 4. ...umożliwia emulację zestawu...

Plany

Prezentowane mini–mi-

krokontrolery są dostępne

od maja tego roku. Pro-

ducent planuje wdrożenie

kolejnych układów z rdze-

niem RS08: jako pierw-

sze – przed wakacjami

2007 – mają się pojawić

dwa układy z zupełnie

nowej podrodziny MC9R-

S08SA (pojemność pamię-

ci programu 8 i 12 kB),

a w okolicy połowy roku

dwa kolejne mikrokontro-

lery z podrodziny MC9R-

S08KA (o pojemności pa-

mięci programu 4 oraz

8 kB).

Narzędzia

Potencjalni użyt-

kownicy mikrokon-

trolerów z rdzeniem

RS08 są w szczęśli-

wym położeniu: „pa-

suje” do nich bowiem

większość narzędzi

i wiele przykładowych

programów opraco-

wanych i opublikowa-

nych przez producen-

ta. Ogromnym ich atu-

tem jest między inny-

mi świetne środowisko

IDE z kompilatorem C

o nazwie CodeWarrior,

które to narzędzia

Rys. 5. ...a obsługuje się go jak pulpit Windows

Podsumowanie

Po długiej fali artyku-

łów o 32–bitowcach wra-

camy na dobrze znane

tereny. Co prawda trud-

no przewidzieć co się na

pewno wydarzy na rynku,

ale wiele wskazuje na to,

że rosnąca liczba pro-

Elektronika Praktyczna 7/2006

PODZESPOŁY

stych aplikacji, wymagają-

cych od elektroniki sporej

elastyczności i możliwości

wygodnego modyﬁkowania

funkcji, tworzy stabilne

podłoże rozwoju dla „ma-

luchów”.

Tradycyjnie zapowia-

damy, że rynek cały czas

monitorujemy i wszelkie

istotne zmiany – w tym

spodziewane pojawienie

się kolejnych mini–mikro-

kontrolerów – zasygnali-

zujemy natychmiast.

Andrzej Gawryluk, EP

Elektronika Praktyczna 7/2006

8–bitowe maluchy – historii ciąg dalszy.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: