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32位精簡指令集架構的AT91M42800A的設計與應用

時間：2023-02-20 23:00:11 電子通信論文我要投稿

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摘要：介紹了ＡＴＭＥＬ公司生產的基于３２位精簡指令集（ＲＩＳＣ）架構的單片機ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的特點，提出了一種基于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的應用設計方案，給出該設計的硬件原理圖，同時針對ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的存儲器空間分配問題，給出了分散裝載的程序代碼舉例，從而為基于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的嵌入式系統設計提供了一個思路。

關鍵詞：精簡指令集 AT91M42800A 單片機

１　引言

目前，嵌入式產品逐步占領了ＰＣ市場，而其核心部分——處理器的性能則決定了產品的設計和性能。在３２位嵌入式處理器中，由ＡＴＭＥＬ公司生產的ＡＴ９１系列芯片之一ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ是基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ處理器內核的１６／３２位微控制器，它除具有ＡＲＭ處理器的低功耗、低成本、高性能等優(yōu)點外，還具有非常豐富的片內資源，特別適合于嵌入式產品的設計開發(fā)。

２ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的基本特性

ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ采用３２位精簡指令集（ＲＩＳＣ）架構，因此，它既支持１６位Ｔｈｕｍｂ指令集，又支持３２位的Ａｒｍ指令集。它采用三級流水線結構，可在同一時間內，一條指令在執(zhí)行，第二條指令在譯碼，第三條指令在取指，這樣，在每個周期都有一條指令在執(zhí)行，因此，指令執(zhí)行速度很快。ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的基于先進微控制器總線結構（ＡＭＢＡ）的模塊化設計方法具有綜合、快速、高性能價格比的特點。該微控制器的內部工作寄存器很多，非常適合實時控制應用。其主要特點如下：(范文先生網www.gymyzhishaji.com收集整理)

●內核電壓和鎖相環(huán)電壓為２．７～３．６Ｖ，Ｉ／Ｏ口操作電壓為２．７～５．５Ｖ；

●內部帶有８ｋＢ靜態(tài)ＲＡＭ；

●具有完全可編程外部總線接口（ＥＢＩ），且多達８個片選，尋址空間很大；

●內含８通道外設數據控制器（ＰＤＣ）；

●帶有５４個可編程Ｉ／Ｏ口；

●內含６通道１６位定時／計數器；

●具有２個通用串行異步接收／發(fā)送器（ＵＳＡＲＴ）和２個主／從ＳＰＩ接口；

●內含３個系統定時器；

●時鐘可由３２７６８Ｈｚ晶體和內部鎖相環(huán)（ＰＬＬ）電路產生，最高可編程至３３ＭＨｚ，也可由外部時鐘信號提供；

●內置嵌入式在線仿真電路（ＥｍｂｅｄｄｅｄＩＣＥ）?可通過ＪＴＡＧ口對ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ進行測試。

３　基本組成系統

由ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ構成的最基本的系統至少應包括以下幾個部分：

（１）程序存儲器（ＲＯＭ）

由于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ內部沒有ＲＯＭ，因此，必須外擴一片程序存儲器。應當注意的是：ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的８位總線和１６位總線的ＦＬＡＳＨ接法不同，具體接法如圖１所示。

（２）數據存儲器?ＲＡＭ?

如果設計的系統比較復雜，數據比較多，當單片機內部８ｋＢＳＲＡＭ不能滿足要求時，還要外擴一片數據存儲器。ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ能夠支持兩種“寫”方式，但對８位數據總線和１６位數據總線的操作也是不同的，因此，對于不同的存儲器，其接法不同。對于８位總線的存儲器，只需接Ｄ０～Ｄ７，將Ｄ８～Ｄ１５懸空，并將其地址線對接，而單片機的ＮＷＥ／ＮＷＲ０接到存儲器的ＮＷＥ上。對于１６位總線的存儲器，則將其數據線對接，Ａ１～Ａ１７接存儲器的Ａ０～Ａ１６，并將其ＮＷＥ／ＮＷＲ０接存儲器的ＮＷＥ，ＮＵＢ／ＮＷＲ１接存儲器的ＮＵＢ，ＮＬＢ／Ａ０接存儲器的ＮＬＢ。外擴的ＲＡＭ的接法與外擴ＦＬＡＳＨ的接法類似。

（３）時鐘發(fā)生電路

ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的時鐘既可以外接晶體，也可外接時鐘信號。當外接晶體時，由于其內帶振蕩電路，因此，外接３２．７６８ｋＨｚ的晶體后，可產生慢時鐘（ＳＬＣＫ）。由于ＳＬＣＫ頻率低，所以系統的功耗也很低。若想提高系統的工作頻率，則可通過ＰＬＬＡ或ＰＬＬＢ對其倍頻，以達到所要求的工作頻率。如果所需頻率不能通過ＰＬＬ倍頻得到，則可由外接時鐘信號來提供。當外接時鐘信號時，可直接把時鐘信號接到ＸＩＮ引腳上，ＸＯＵＴ引腳懸空。

（４）顯示電路

顯示電路可采用數碼管顯示或液晶顯示，由于液晶顯示的功耗低，故常采用這種顯示方式。該設計選用的液晶顯示模塊為ＬＣＭ１０３。

（５）電源及復位電路

ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ內部帶有看門狗（ＷａｔｃｈＤｏｇ）電路，也可以外加ＷａｔｃｈＤｏｇ電路。本文中的例子采用的就是外加ＷａｔｃｈＤｏｇ電路的接法，所選用的器件是ＭＡＸＩＭ公司生產的ＭＡＸ６３１６ＬＵＫ２９ＣＹ。

４　典型應用

由于單片機ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ具有低功耗、高性能、片內資源豐富、尋址空間大等優(yōu)點，所以適合現場總線產品的開發(fā)，其簡要硬件原理圖如圖２所示。圖中只給出主要器件的主要引腳接法，電源電路及其它引腳限于篇幅圖中未畫，讀者在實際的設計過程中可自行設定。

圖2 現場總線開發(fā)實例

５　存儲器空間分配

在本設計中，由于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ處理器的地址空間非常大（可達４Ｇ字節(jié)）。因此，在重映射前，可將地址最低的４ＭＢ分配給內部存儲器，最高的４Ｍ分配給內部外設，其余中間的地址空間（從０ｘ００４０００００到０ｘＦＦＦＣＦＦＦＦ）留給外部擴展的設備，這部分設備可由ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的八個片選來選擇。筆者選擇的ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ開發(fā)環(huán)境為ＡＤＳ１．１，由于在實際的嵌入式系統中，ＡＤＳ１．１提供的缺省存儲器映射不能滿足要求，而用戶的目標硬件有多個存儲器設備，且位于不同的位置，如上例中，ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的四個片選分別給了外擴ＦＬＡＳＨ、外擴的ＲＡＭ、以及ＦＢ３０５０的內部寄存器片選和存儲器片選，因此需要通過Ｓｃａｔ-ｔｅｒ文本文件來指定一段代碼或數據在加載和運行時在存儲器的不同位置，這個文本文件在命令行中由－ｓｃａｔｔｅｒ開關指定。在ａｒｍｌｉｎｋｅｒ菜單的ｏｕｔｐｕｔ子菜單下有ｌｉｎｋｔｙｐｅ一項。ｌｉｎｋｔｙｐｅ選項中，只要選擇ｓｃａｔｔｅｒ，并指定ｓｃａｔｔｅｒ．ｓｃｆ文件的存儲位置就可以了。在下面的例子中，ＦＬＡＳＨ中的代碼和數據存儲在０ｘ０４００００００起始的、長度為３２ｋＢ的地址空間中。

由于Ｓｔａｒｔ．ｓ：匯編引導程序代碼在執(zhí)行重映射后，中斷向量表將存放在內部ＲＡＭ中，其地址范圍為０ｘ００００００００到０ｘ００００００１８，因此，用于存放數據的實際地址是從０ｘ００００００２０開始的。存放在外擴ＲＡＭ中的代碼放在ｅｘｔ＿ｒａｍ．ｃ中，以下類似。上例的ｓｃａｔｔｅｒ文本文件代碼如下：

ＦＬＡＳＨ０ｘ０４０００００００ｘ８０００

{

ＦＬＡＳＨ０ｘ０４０００００００ｘ８０００

{

Ｓｔａｒｔ．ｏ (Ｒｅｓｅｔ, ＋Ｆｉｒｓｔ)

＊ (＋ＲＯ)

}

ＲＡＭＯＮＣＨＩＰ０ｘ００２００ｘ２０００

{

＊(＋ＲＷ,＋ＺＩ)

}

ＲＡＭＯＦＦＣＨＩＰ０ｘ８０００００００ｘ４００００