Организация памяти и портов ввода/вывода

Микроконтроллеры семейства 68 HC 08/908 адресуют 64 Кбайт внутренней памяти (адреса $0000–FFFF). Распределение адресного пространства задается картой памяти, вид которой определяется объемом внутренней памяти и набором периферийных устройств, входящим в состав данной модели микроконтроллера. На рис. 4.1 приведена карта памяти для микроконтроллеров MC 68 HC 908 GP 32.

В адресном пространстве имеется ряд неиспользуемых позиций, которые соответствуют ячейкам памяти, отсутствующим в данной модели микроконтроллеров. При обращении к этим адресам производится перезапуск микроконтроллера.

Младшие 64 позиции адресного пространства (адреса $000–$003F) занимают регистры служебных и периферийных модулей, табл. 4.1

Отметим, что 16-разрядные регистры таймерных модулей TCNТ, TMOD, TCHx занимают по две позиции адресного пространства: младший байт с суффиксом l, старший байт с суффиксом h.

В адресном пространстве ОЗУ располагаются ячейки стека, которые адресуются с помощью указателя стека SP. При установке микроконтроллера в начальное состояние (запуске) содержимое SP принимает значение $00FF, адресуя ячейку ОЗУ с данным адресом. В процессе выполнения программы можно установить любое значение указателя стека с помощью команды TXS, которая загружает в SP содержимое индексного регистра H:X, уменьшенное на 1. После записи байта в стек содержимое SP уменьшается на 1, адресуя следующую незаполненную ячейку стека. Таким образом, стек заполняется в направлении уменьшения адресов. Адрес вершины стека (последней заполненной ячейки стека) можно загрузить в регистр H:X с помощью команды TSX.

$0000 $003F	Регистры периферийных и служебных модулей (64 байт)
$0040 $023F	ОЗУ данных (512 байт)
$0080 $7FFF	Не используется (32 192 байт)
$8000 $FDFF	Flash-память (32 256 байт)
$FE00	Регистр SBSR (модуль BREAK08)
$FE01	Регистр SRSR (указывает причину запуска)
$FE02	Резервировано
$FE03	Регистр SBFCR (модуль BREAK08)
$FE04	Регистр INT1 (запросы прерывания)
$FE05	Регистр INT2 (запросы прерывания)
$FE06	Регистр INT3 (запросы прерывания)
$FE07	Резервировано
$FE08	Регистр FLCR (управление Flash-памятью)
$FE09	Регистр BRKh (модуль BREAK08)
$FE0A	Регистр BRKl (модуль BREAK08)
$FE0B	Регистр BRKSCR (модуль BREAK08)
$FE0C	Регистр LVISR (модуль LVI08)
$FE0D $FE1F	Не используются (19 байт)
$FE20 $FE52	ПЗУ – монитор отладки (307 байт)
$FE53 $FF7D	Не используются (43 байт)
$FF7E	Регистр FLBPR (управление Flash-памятью)
$FF7F $FFDB	Не используются (93 байт)
$FFDC $FFFF	Вектора запуска и прерываний (36 байт)

Рис. 4.1. Карта памяти для микроконтроллера

MC 68 HC 908 GP 32

Таблица 4.1

Адреса регистров периферийных модулей

Адрес	Регистр	Назначение
$0000	PTA	Регистры данных портов A, B, C, D
$0001	PTB
$0002	PTC
$0003	PTD
$0004	DDRA	Регистры направления передачи портов A, B, C, D
$0005	DDRB
$0006	DDRC
$0007	DDRD
$0008	PTE	Регистр данных порта E
$0009-0B	Не используются
$000C	DDRE	Регистр направления передачи порта E
$000D	PTAPUE	Регистры управления подтягивающими резисторами портов A, C, D
$000E	PTCPUE
$000F	PTDPUE
$0010	SPCR	Регистры синхронного порта SPI08
$0011	SPSСR
$0012	SPDR
$0013	SCC1	Регистры асинхронного порта SCI08
$0014	SCC2
$0015	SCC3
$0016	SCS1
$0017	SCS2
$0018	SCDR
$0019	SCBR

001A	INTKBSCR	Регистры модуля KBI08
$001B	INTKBIER
$001C	TBCR	Регистр базового таймера TBM08
$001D	INTSCR	Регистр прерываний
$001E	CONFIG2	Регистры конфигурации
$001F	CONFIG1
$0020	T1SC	Регистры таймерного модуля TIM08-1
$0021-22	T1CNTh-l
$0023-24	T1MODh-l
$0025	T1SC0
$0026-27	T1CH0h-l
$0028	T1SC1
$0029-2A	T1CH1h-l
$002B	T2SC	Регистры таймерного модуля TIM08-2
$002C-2D	T2CNTh-l
$002E-2F	T2MODh-l
$0030	T2SC0
$0031-32	T2CH0h-l
$0033	T2SC1
$0034-35	T2CH1h-l
$0036	PCTL	Регистры модуля генератора импульсов CGM08
$0037	PBWC
$0038-39	PMSh-l
$003A	PMRS
$003B	PMDS
$003C	ADSCR	Регистры модуля ADC08
$003D	ADR
$003E	ADCLK

Микроконтроллер MC 68 HC 908 GP 32 имеет внутреннюю Flash-память, содержимое которой может стираться и записываться при работе в режиме отладки или в процессе выполнения прикладной программы. Допускается до 10000 циклов стирания–программирования, время хранения информации составляет более 10 лет. Необходимое для программирования повышенное напряжение обеспечивается внутренним преобразователем, поэтому не требуется подключение внешнего источника. Специальный механизм защиты позволяет предотвратить случайное стирание содержимого Flash-памяти. Наличие байтов секретности позволяет предотвратить несанкционированное считывание информации.

На кристалле микроконтроллера содержится 512 байт статической оперативной памяти, ячейки которой имеют адреса в диапазоне $0040–$023F. Обычно ОЗУ используется для хранения переменных и реализации стека.

Часть адресного пространства занята ячейками служебного ПЗУ, в котором содержится программа-монитор, которая реализует необходимые процедуры при работе микроконтроллера в режиме отладки, обеспечивая возможность контроля его внутреннего состояния. Это масочно-программируемое ПЗУ, содержимое которого записывается в процессе изготовления микроконтроллера.

В старших позициях адресного пространства располагаются вектора начального запуска и прерываний.

Процессоры семейства 68HC08/908 выполняют прерывание текущей программы по одной из следующих причин:

– поступление команды прерывания SWI;

– поступление внешнего запроса прерывания на входе IRQ#, обслуживание которого реализуется с помощью модуля IRQ08;

– поступление запроса прерывания в контрольной точке, который формируется модулем BREAK08;

– поступление внутренних запросов прерывания от периферийных устройств, расположенных на кристалле микроконтроллера.

Эти события вызывают прерывание выполнения текущей программы и переход к подпрограмме - обработчику прерывания, который обеспечивает необходимую реакцию микроконтроллера. При поступлении команды SWI или соответствующего запроса процессор завершает выполнение текущей команды и выполняет цикл перехода к обработке прерывания, в процессе которого реализуются следующие операции:

– загрузка в стек содержимого регистров процессора в следующей последовательности: CCR - A - X - PCh - PCl, где PCh, PCl – старший и младший байты содержимого PC, X – значение младшего байта индексного регистра H:X;

– загрузка в PC 16-разрядного вектора прерывания Ve – адреса первой команды обработчика прерываний, соответствующего наступившему событию.

Значение вектора Ve выбирается из таблицы векторов прерываний, размещенной в конце адресуемого объема памяти (см. рис. 1.2).

Обработчик прерывания должен заканчиваться командой возврата из прерывания RTI, которая выбирает из стека и восстанавливает содержимое регистров PC, X, A, CCR, обеспечивая продолжение выполнения прерванной программы.

Необходимо иметь в виду, что в цикле перехода к обработке прерываний в стеке автоматически сохраняется только младший байт индексного регистра X. Чтобы обеспечить сохранение старшего байта индексного регистра H следует в начале обработчика прерываний ввести команду PSHH(загрузка в стек содержимого байта H), а перед командой RTI выполнить команду PULH, которая извлекает из стека и восстанавливает содержимое старшего байта H индексного регистра.

Для размещения таблицы векторов прерываний в микроконтроллерах семейства 68HC08/908 зарезервировано 64 байт адресного пространства (адреса $FFD0-FF), из которых в микроконтроллере MC68HC908GP32 используется 36 байт. В табл. 4.2 показано размещение векторов для этого микроконтроллера.

Нижнюю позицию в таблице векторов занимает вектор начального запуска (RESET), а перед ним располагается вектор программного прерывания по команде SWI. Выше размещаются вектора аппаратных прерываний, которые вызываются поступлением запроса от внешних устройств на вход IRQ#, запросов прерывания от таймера и других модулей микроконтроллера.

Таблица 4.2

Размещение векторов прерывания для

микроконтроллераMC68HC908GP32

Запрос базового таймера TBM08	$FFDC-DD
Запрос модуля ADC08	$FFDE-DF
Запрос модуля KBI08	$FFE0-E1
Запросы модуля SCI08	$FFE2-E3
$FFE4-E5
$FFE6-E7
Запросы модуля SPI08	$FFE8-E9
$FFEA-EB
Переполнение таймера TIM08-2	$FFEC-ED
Запрос канала 1 таймера TIM08-2	$FFEE-EF
Запрос канала 0 таймера TIM08-2	$FFF0-F1
Переполнение таймера TIM08-1	$FFF2-F3
Запрос канала 1 таймера TIM08-1	$FFF4-F5
Запрос канала 0 таймера TIM08-1	$FFF6-F7
Запрос модуля CGM08	$FFF8-F9
Прерывание по внешнему запросу IRQ#	$FFFA-FB
Команда SWI (программное прерывание)	$FFFC-FD
Вектор начального запуска (Reset)	$FFFE-FF

Поступление запросов прерывания проверяется микроконтроллером после выполнения каждой команды программы. Если поступило нескольких запросов, то в первую очередь обслуживается запрос с более высоким приоритетом. Запросы имеют фиксированные приоритеты в соответствии с порядком их расположения в таблице векторов прерываний (табл. 1.2): чем больше адрес, тем выше приоритет. Таким образом, из аппаратных прерываний наивысший приоритет имеет внешний запрос IRQ#, затем запрос генератора тактирующих импульсов CGM08 и сигналы таймера. Минимальный приоритет имеют запросы, вектора которых размещены в верхней части (табл. 4.2) – запросы ADC08 и других модулей. МК MC68HC908GP32 обладает 33 линиями ввода/вывода данных. Эти линии объеди­нены в 8-разрядные параллельные порты, которые именуют в соответствии с буквами латинского алфавита: Port A, Port В, Port С, Port D, Port H.

Все линии ввода/вывода МК MC 68 HC 908 GP 32– двунаправленные, т.е. могут исполь­зоваться разработчиком как для ввода данных в МК, так и для вывода логических сигна­лов. Направление передачи линий ввода/вывода настраивается программно путем за­писи управляющих слов в регистры специальных функций. Возможно изменение направ­ления передачи в ходе выполнения программы посредством перепрограммирования этих регистров. Сигнал сброса устанавливает все линии в режим ввода. Направление пере­дачи каждой линии может быть выбрано разработчиком произвольно, независимо от других линий, принадлежащих к одному и тому же порту ввода/вывода.

Большинство линий ввода/вывода обладают так называемой альтернативной функ­цией. Эти линии связаны со встроенными в МК периферийными устройствами, они обес­печивают связь периферийных модулей с «внешним миром». Так, линии порта Port В используются для подключения к встроенному АЦП измеряемых напряжений, линии дру­гих портов служат линиями ввода/вывода последовательных приемопередатчиков. Если соответствующий периферийный модуль МК не используется, то его выводы можно за­действовать как обычные линии ввода/вывода. По способу схемного решения выходного драйвера различают два типа линий ввода/ вывода:

– линии с обычной схемотехникой двунаправленной линии ввода/вывода;

– двунаправленные линии с программно-подключаемыми в режиме ввода подтяги­
вающими резисторами R_PULLUP.

Если порт имеет «обычную» схемотехнику, то для его обслуживания предусмотрены два типа регистров:

– РТх - регистр данных порта х, где х - имя порта ввода/вывода;

– DDRx - регистр направления передачи порта х.

Если порт имеет схемотехнику с программно-подключаемым «подтягивающим» рези­стором, то для обслуживания порта предусмотрены три регистра:

– РТх - регистр данных порта х;

– DDRx - регистр направления передачи порта х;

– PTxPUE - регистр входного сопротивления порта х.

Так, порт PortA микроконтроллера MC68HC908GP32 обслуживается регистрами РТА, DDRA и PTAPUE. В приложении Г, Д, Е приведен формат регистров специальных функций РТх, DDRx и PTxPUE. Заметим, что формат регистров РТх и DDRx для портов с различной схемотехникой полностью совпадает.

Детальный формат всех регистров специальных функций портов ввода/вывода при­веден на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Регистры для обслуживания портов ввода/вывода МК МС 68 НС 908 GP 32

Дата добавления: 2017-01-14