МК семейства НС05 фирмы «Motorola»

Одновременно с первым МК семейства MCS-51 появился первый МК популярного до настоящего времени семейства НС05 фирмы «Motorola». В рамках этого семейства фирма «Motorola» провозгласила и успешно реализует стратегию «заказных» МК. Многие модели этого семейства своим рождением обязаны крупным потребителям, которые заказывали конфигурацию МК под конкретную продукцию. Сейчас семейство НС05 насчитывает около 180 различных МК, начиная с простейшего 68HC05KJ1 в корпусе DIP 16 и заканчивая 128-выводным бескорпусным 68HC05L10 со встроенным контроллером управления 960 сегментами ЖКИ. На протяжении всего своего еще не оконченного периода жизни семейство НС05 является сильным и успешным оппонентом семейству MCS-51. Выполненное на основе принстонской архитектуры в противовес MCS-51 с гарвардской архитектурой, это семейство демонстрирует, во-первых, многообразие возможных технических решений даже для очень несложных задач управления, во-вторых, успех стратегии полного удовлетворения технических требований, пользователя без избыточности в архитектуре и производительности. Долгое пребывание семейства НС05 на столь динамичном рынке МК определяется отнюдь не сверхбыстродействием (частота внутренней шины для большинства моделей равна 2 МГц) или уникальным набором команд. Причина успеха кроется в очень точной ориентации на различные сектора рынка массового потребления. Широчайшее разнообразие периферийных модулей при неизменном, очень простом ядре НС05 позволяет разработчику для каждой задачи найти МК практически без избыточных ресурсов архитектуры, что обусловливает низкую стоимость изделия.

В дополнение к дешевым «заказным» МК семейства НС05 фирма «Motorola» еще в 1980-х гг. предложила семейство универсальных и более производительных МК семейства НС11. Это семейство насчитывает около 40 моделей. Процессорное ядро семейства НС11 отличается от НС05 возможностью выполнения операций над 16-разрядными операндами, наличием дополнительных методов адресации, повышенной частотой внутренней шины (до 4 МГц). МК семейства НС11 выгодно отличает наличие трех типов памяти на кристалле: однократно программируемого ПЗУ программ, статического ОЗУ данных и электрически программируемого и электрически стираемого ПЗУ данных.

МК семейства НС08

В конце 1990-х годов фирма «Motorola» представила новое 8-разрядное семейство НС08, которое должно постепенно заменить МК семейства НС05 и стать новым «промышленным стандартом» 8-разрядных МК фирмы. Отличительные особенности и направления развития семейства НС08 перечислены ниже:

• Высокопроизводительное 8-разрядное АЛУ. Увеличение производительности достигается повышением частоты обмена внутренней шины до 8,0 МГц, совмещением цикла исполнения и цикла выборки следующей команды, введением специальных команд просмотра таблиц и организации циклов, расширением числа способов адресации операндов. Указанные меры позволили повысить производительность центрального процессора НС08 в 6 раз по сравнению с процессором семейства НС05.

• Программная совместимость «снизу вверх» как на уровне исходного текста, так и на уровне объектных кодов с процессорным ядром семейства НС05.

• Переход к FLASH-технологии для ПЗУ программ пользователя. Для большинства типов МК проектируется создание двух моделей с возможностью замены «корпус в корпус». Эти МК полностью идентичны по функциональному составу и различаются только технологией занесения информации в ПЗУ программ (maskROM или FLASH).

• Библиотека периферийных модулей имеет расширенный набор контроллеров последовательного обмена. Кроме стандартных для МК фирмы «Motorola» портов асинхронного (SCI) и синхронного (SPI) обмена, разработаны контроллеры для работы в промышленных сетях с протоколом CAN и для перспективной шины вычислительной техники USB.

• Существенно улучшены возможности отладки МК, Встроенный монитор и специальный порт позволяют производить отладку прикладных программ управления непосредственно на плате конечного изделия без использования дорогостоящих схемных эмуляторов.

• МК с памятью программ типа FLASH позволяют реализовать режим программирования в системе, при котором прикладная программа заносится в память МК, который стационарно расположен на плате изделия. Коды программы передаются по последовательному интерфейсу от персонального компьютера.

• Специальные схемотехнические решения повышают надежность работы МК в условиях электромагнитных помех и неблагоприятной внешней среды.

МК фирмы «Microchip»

В конце 1980-х годов фирма «Microchip» выпустила МК PIC16C5X, которые основали ныне широко распространенное семейство PIC16. Благодаря высокой производительности, малому потреблению и низкой стоимости это семейство с RISC-архитектурой составило серьезную конкуренцию производимым в то время 8-разрядным МК с CISC-архитектурой. В основу концепции PIC была положена RISC-архитектура с системой простых однословных команд. Система команд базового семейства РЮ16С5х содержит только 33 команды. Все команды, кроме команд перехода, выполняются за один машинный цикл с перекрытием по времени выборок команд из памяти и их исполнения. Производительность Р1С16С5х при частоте тактирования в 20 МГц составляет 5 MIPS. В настоящее время фирма «Microchip» выпускает пять семейств МК с RISC-архитектурой:

1) Р1С15С5х включает недорогие контроллеры с минимальным набором периферии;

2) PIC12Сххх включает МК в миниатюрном 8-выводном корпусе со встроенным тактовым генератором; однако «миниатюрность» не мешает некоторым моделям этого семейства иметь встроенный модуль 8-разрядного АЦП;

3) Р1С1бх/7х/8х/9х объединяет МК с развитой периферией; в число периферийных модулей входят таймеры-счетчики с опциями захвата/сравнения, широтно-импульсные модуляторы, аналоговые компараторы, АЦП, контроллеры различных последовательных интерфейсов;

4) Р1С17С4х/5хх включает высокопроизводительные МК с расширенной системой команд и обширной периферией; МК этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8x8, выполняющий операцию умножения за один машинный цикл;

5} Р1С18Сххх - новое семейство с оптимизированным под использование Си-компилятора RISC-ядром и частотой внутренней шины до 10 МГц.

МК семейства AVR

В1997 г. фирма «Atmel» представила первые МК семейства AVR. Семейство AVR AT90S объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения и развитую систему команд. Последние версии семейства AVR имеют в составе АЛУ аппаратный умножитель. Базовый набор команд AVR содержит 120 инструкций. Большинство команд выполняется за один машинный цикл, производительность ряда моделей составляет 20 MIPS. Периферия AVR MK включает параллельные порты, таймеры-счетчики, различные последовательные интерфейсы, АЦП, аналоговые компараторы. МК AVR подразделяются на три серии:

1) tiny AVR - МК в 8-выводном корпусе низкой стоимости;

2) classic AVR - основная линия МК с производительностью до 16 MIPS, Flash память программ объемом до 8 Кбайт и статическим ОЗУ данных 128...512 байт;

3) mega AVR - МК для сложных приложений, требующих большого объема памяти (Flash ПЗУ до 128 Кбайт), ОЗУ до 4 Кбайт, производительностью до 6 MIPS.

Приведенная краткая аннотация семейств 8-разрядных МК является далеко не полной, 8-разрядные МК выпускают также фирмы «ST-Microelectronics» (семейства ST6, ST7 и ST9), «National Semiconductor» (семейство СОР8), «Zilog», NEC, «Mitsubishi», «Hitachi», «Toshiba», «Scenix» и др. Продукция этих фирм постепенно появляется на российском рынке, но пока не получила широкого распространения.