PIC-микроконтроллеры. Все, что вам необходимо знать

Большинство команд в микроконтроллерах с расширенным ядром — 16-битные (см. Рис. 16.4), и только несколько команд занимают два слова памяти программ. Однако для облегчения доступа к таблицам однобайтных данных и строкам память программ организована побайтно. Как можно увидеть из Рис. 16.2, все команды занимают по два байта памяти программ и размещаются только по нечетным адресам. Например, 6-я команда будет располагаться по адресу h’000A’, а 7-я команда — по адресу h’000C’. Такое размещение команд вызвано отсутствием 0-го бита в 21-битном счетчике команд. Соответственно при линейном выполнении программы содержимое счетчика команд изменяется с шагом 2. Таким образом, данная архитектура поддерживает память программ объемом до 2²⁰ слов или 2²¹ байт. Между тем в моделях, которые мы взяли в качестве образца, реализован 17-битный счетчик команд.

Рис. 16.2.Упрощенное представление памяти программ моделей PIC18FX42

Как и в микроконтроллерах среднего уровня, счетчик команд при сбросе обнуляется. Младший байт счетчика команд РС[7:0] напрямую доступен через регистр PCL, а регистр PCLATH выступает в качестве буфера, как показано на Рис. 4.8 (см. стр. 103), позволяя изменять старший байт счетчика команд одновременно с записью нового значения в регистр PCL. Однако в отличие от микроконтроллеров среднего уровня при чтении регистра PCL в регистр PCLATH копируется содержимое среднего байта счетчика команд РС[15:8]. Регистр PCLATU работает точно так же, но обеспечивает доступ к старшему байту счетчика команд РС[21:16]. Такое нововведение позволяет программе считывать и записывать все 21 бит счетчика команд.

Глубина стека была увеличена с 8 до 31 уровня. При переполнении или, наоборот, опустошении стека микроконтроллер автоматически сбрасывается. Доступ к регистру указателя стека STKPTR осуществляется точно так же, как и к остальным РСН, а 21-битное значение может считываться с вершины стека в три регистра TOS или заноситься в стек из указанных регистров. Все это обеспечивает большую гибкость при манипулировании содержимым стека и передаче данных через стек.

Исполнительный блок

Как и в микроконтроллерах младшего и среднего уровня, АЛУ обрабатывает данные побайтно. Поэтому, несмотря на усовершенствованное ядро, микроконтроллеры старшего семейства тоже относятся к классу 8-битных. В АЛУ этого семейства появился аппаратный умножитель 8x8, для поддержки которого были введены команды mullw (умножить константу на рабочий регистр) и mulwf (перемножить рабочий регистр и регистр данных). Результат умножения (16 бит) заносится в два регистра специального назначения PRODH: PRODL (см. Программу 16.1, стр. 580).

Изменения в ядре коснулись и рабочего регистра — в этом семействе к нему можно обращаться как к обычному регистру специального назначения, расположенному в памяти данных. То есть он может выступать в качестве операнда команд, напрямую оперирующих регистрами данных. Например, команда decfsz WREG, f декрементирует содержимое рабочего регистра как РСН с именем WREG.

Регистр STATUS больше не используется для переключения банков памяти, а освободившееся место занято флагами N (флаг отрицательного значения) и OV (переполнение) для полноценной поддержки операций сложения и вычитания в дополнительном коде (см. стр. 22).

В памяти данных старшего семейства, структура которой показана на Рис. 16.3, хранится большая часть данных, обрабатываемых АЛУ, а также регистры специального назначения. Как и во всех микроконтроллерах PIC, в каждой ячейке памяти содержится один байт, однако схема адресации регистров разительно отличается от той, которая использовалась в семействе среднего уровня (см. Рис. 4.7 на стр. 97).

Рис. 16.3.Структура памяти данных старшего семейства

Из Рис. 16.3 видно, что память данных разбита на 16 банков по 256 регистров каждый, что дает максимальный объем памяти, равный 4 Кбайт. Переключение этих банков осуществляется посредством регистра выбора банка BSR. Текущий банк задается битами BSR[3:0] и выбирается с помощью дешифратора 4x16. Поскольку сам регистр BSR расположен в 15-м банке, а указывает после сброса по питанию на нулевой банк, то для изменения регистра BSR, независимо от используемого в данный момент банка памяти, была введена специальная команда lbsr. Так, если нам необходимо переключиться на 5-й банк, достаточно выполнить команду lbsr 5.