CISC和RISC微控制器
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微控制器可從不同方面進行分類：根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機；根據(jù)存儲器結(jié)構(gòu)可分為Harvard結(jié)構(gòu)和Von Neumann結(jié)構(gòu)；根據(jù)內(nèi)嵌程序存儲器的類別可分為OTP、掩膜、EPROM／EEPROM和閃存Flash；根據(jù)指令結(jié)構(gòu)又可分為CISC(Complex Instruction Set Computer)和RISC(Reduced Instruction Set Computer)微控制器。本文將結(jié)合不同指令結(jié)構(gòu)微控制器的發(fā)展及其特性進行論述。
1 微控制器的發(fā)展歷程
Intel公司作為最早推出微處理器的公司，同樣也是最早推出微控制器的公司。繼1976年推出MCS-48后，又于1980年推出了MCS-51，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了良好的基礎(chǔ)。在8051技術(shù)實現(xiàn)開放后，Philips、Atmel、Dallas和Siemens等公司紛紛推出了基于80C5l內(nèi)核(805l的CMC)S版本)的微控制器。這些各具特色的產(chǎn)品能夠滿足大量嵌入式應(yīng)用需求?；?0C51內(nèi)核的微控制器并沒有停止發(fā)展的腳步，例如現(xiàn)在Maxim／Dallas公司提供的DS89C430系列微控制器，其單周期指令速度已經(jīng)提高到了805l的12倍。
基于CISC架構(gòu)的微控制器除了80C51外，還包括Motorola提供的68HC系列微控制器，這也是大量應(yīng)用的微控制器系列。
基于RISC架構(gòu)的微控制器則包括Microchip的PIC系列8位微控制器等。在16位RISC架構(gòu)的微控制器中，Maxim公司推出的MAXQ系列微控制器以其高性能、低功耗和卓越的代碼執(zhí)行效率，成為許多需要高精度混合信號處理以及便攜式系統(tǒng)和電池供電系統(tǒng)的理想選擇。
2 基于8051內(nèi)核的COSC微控制器
迄今為止，MCS-51已成為8位機中運行最慢的系列?，F(xiàn)在Dallas推出的DS89C430系列產(chǎn)品在保持與80C51引腳和指令集兼容的基礎(chǔ)上，每個機器周期僅為一個時鐘，實現(xiàn)了8051系列的最高吞吐率。一般而言，對于現(xiàn)有的基于8051的應(yīng)用軟件可以直接寫入DS89C430而無需進行更改。除此之外，DS89C430還在許多其他方面引入了新的功能，從而為具體應(yīng)用提供了更多靈活性。下面介紹DS89C430不同于8051的功能和特點。
2.1 片內(nèi)程序存儲器及應(yīng)用
片內(nèi)程序存儲器邏輯上分為成對的8 KB、16 KB或32 KB閃存單元，以支持在應(yīng)用編程。這允許器件在應(yīng)用軟件的控制下修改程序存儲器，應(yīng)用系統(tǒng)能夠在執(zhí)行其主要功能的情況下，完成在線軟件升級。DS89C430集成了64 B加密陣列，允許用戶以加密形式查看數(shù)據(jù)，進行程序代碼校驗。
器件支持通過RS-232串口實現(xiàn)在系統(tǒng)編程。在系統(tǒng)編程
2.2 雙數(shù)據(jù)指針
8051微控制器是通過MOVX指令來訪問片外數(shù)據(jù)空間的，用MOVX@DPTR指令可訪問整個64 KB的片外數(shù)據(jù)存儲器。傳統(tǒng)的8051只有一個數(shù)據(jù)指針DPTR，要將數(shù)據(jù)從一個地址移到另一個地址非常麻煩。DS89C430則具備雙數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTRl，因此軟件可以使用一個指針裝載源地址，另一個指針裝載目的地址。DPTR0的SFR地址與805l相同(82H和83H)，因此使用該指針時源代碼無需更改，DPTRl位于84H和85H地址。所有與數(shù)據(jù)指針相關(guān)的操作都使用活動數(shù)據(jù)指針，活動指針通過控制位SEL選擇。每個指針還各有一個控制位，決定INCDPTR操作是遞增還是遞減數(shù)據(jù)指針值。
在拷貝數(shù)據(jù)塊時，與使用單數(shù)據(jù)指針相比，雙數(shù)據(jù)指針可以節(jié)省大量代碼。用戶通過轉(zhuǎn)換SEL位來轉(zhuǎn)換活動數(shù)據(jù)指針，其中一種方法可通過執(zhí)行INCDPS指令來實現(xiàn)。對于這些大的數(shù)據(jù)塊拷貝，用戶必須頻繁執(zhí)行該指令來轉(zhuǎn)換DPTR0和DPTRl。為了在節(jié)省代碼的同時提高運行速度和效率，DS89C430又包含了一個轉(zhuǎn)換選擇位 (TSL)，來確定執(zhí)行MOVX指令時硬件是否自動轉(zhuǎn)換SEL位，這樣就可以省去INCDPS指令并進一步提高運行速度。大的數(shù)據(jù)塊拷貝需要源指針和目的指針逐字節(jié)尋址數(shù)據(jù)空間，傳統(tǒng)的方法是通過使用INCDPTR指令來增加數(shù)據(jù)指針。為了進一步提高數(shù)據(jù)傳輸速率，引入了自動增減控制位(AID)，用以確定執(zhí)行MOVX指令時，是否會自動增減活動指針值。表l為各種情況下DS80C320和DS89C430進行64B數(shù)據(jù)塊傳輸時的速度比較。從表l中可以看出，采用雙數(shù)據(jù)指針后運行速度得到極大提高。
2.3 電源管理和時鐘分頻控制
CMOS電路的功耗主要由兩部分組成：連續(xù)漏電流造成的靜態(tài)功耗以及對負載電容進行充放電所需的轉(zhuǎn)換開關(guān)電流造成的動態(tài)功耗。其中，動態(tài)功耗是總體功耗的主要部分，該功耗(PD)可以通過負載電容(CL)、電源電壓(VDD)和工作頻率(f)進行計算，即：PD=CL
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