Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Intel/80196/D19880203Elc024.shtml

Микроконтроллер фирмы Intel с удвоенным быстродействием

УДК 681.323

Бернард Коул (Bernard C. Cole)
Редакция Electronics

Bernard C. Cole. Intel's radical redesign doubles 8096 throughput, pp.59,60.

Новый 16-бит микроконтроллер 80C196 фирмы Intel полностью совместим по цоколевке с предыдущим однокристальным прибором 8096, имеет тактовую частоту 12 МГц; в нем реализованы усовершенствованные схемные решения, обеспечивающие вдвое более высокие скорости выполнения многих прикладных задач. На кристалле микроконтроллера размещаются дополнительные функциональные средства, позволяющие разработчику применять его в различных системах.

Фирма Intel Corp. активно стремится сохранить лидирующее положение в быстро развивающейся области 16-бит микроконтроллеров и сейчас готовит производство радикально переработанного КМОП-варианта своего n-канального МОП-микроконтроллера первого поколения 8096. Новый микроконтроллер 80C196 (рис.1) по своим скоростным характеристикам будет вдвое превосходить 8096 при решении многих прикладных задач, а также будет содержать дополнительные функциональные средства, расширяющие возможности выбора системных технических решений для разработчика. При этом, как указывает Том Иннес, генеральный управляющий предприятия по выпуску встроенных контроллеров (Чандлер, шт.Аризона) фирмы Intel, пропускная способность микроконтроллера при выполнении многих задач с большими объемами математических операций повышается в три раза.

При использовании 12-МГц задающей частоты микроконтроллер 80C196 имеет внутреннюю частоту синхронизации 6 МГц (получаемую путем деления на два) против
Рис.1. При использовании 12-МГц задающей частоты микроконтроллер 80C196 имеет внутреннюю частоту синхронизации 6 МГц (получаемую путем деления на два) против 4 МГц для своего предшественника — n-канального МОП-микроконтроллера 8096, где внутренняя тактовая частота получается делением на три.

Микроконтроллер 80C196, изготавливаемый по 1,5-мкм КМОП-технологии с двухслойной металлизацией, принципиально отличается от предыдущих микроконтроллеров (8-бит 8051 и 16-бит 8096). Аналогичная радикальная смена номенклатуры в области микропроцессоров общего назначения, как говорит инженер по маркетингу изделий Дуглас Реджимбал, произошла, когда фирма Intel переходила от 8- и 16-бит микропроцессоров 8088/8086 к архитектурам сегодняшних 16- и 32-бит микропроцессоров 80286/80386. При этом новый 12-МГц микроконтроллер 80C196, аппаратно и программно совместимый с 8096, содержит многие функциональные средства своих предшественников (рис.2).

Микроконтроллер 80C196 имеет 16-бит шину данных, 16-бит шину адресов и 8-бит шину для передачи внутренних кодов операций.
Рис.2. Микроконтроллер 80C196 имеет 16-бит шину данных, 16-бит шину адресов и 8-бит шину для передачи внутренних кодов операций.

Ренди Вильгельм, ответственный за маркетинг изделий, говорит, что контроллер 80C196KA, не содержащий ПЗУ, начнет выпускаться пробными партиями в октябре 1987г. и будет освоен в серийном производстве к концу года. По его словам, варианты микроконтроллера с ПЗУ емкостью 8 кбайт и со стираемым программируемым ПЗУ емкостью 8 кбайт появятся до середины 1988г. Вариант без ПЗУ будет конструктивно оформляться в 68-контактном пластмассовом носителе кристалла с выводами, стоить 17,40 долл.при заказах партиями по 10 000 шт. и поставляться с поддерживающим эмулятором ICE-196PC ценой 2995 долл.

Микроконтроллер 80C196 имеет ряд архитектурных усовершенствований, которые, как указывает Джон Дьюз, технический руководитель проекта, направлены на существенное (порядка 100%) повышение быстродействия. К числу этих усовершенствований относится использование двухфазной схемы синхронизации вместо трехфазной, 16-бит внутренней шины данных вместо 8-бит шины, дополнительной 8-бит шины для передачи кодов операций; микрокодового процессора вместо программируемой логической матрицы для хранения микрокодированных команд, очереди на три команды, более эффективной структуры прерываний и модифицированной структуры последовательного ВВ.

Кроме того, разработчики модифицировали набор команд, чтобы уменьшить число тактов, требуемых для выполнения данной функции. Для повышения гибкости при решении различных прикладных задач управления в реальном времени, разработчики фирмы Intel ввели шесть новых команд, модифицировали исходную регистровую структуру и регистровые операции, добавили реверсивный счетчик, сделали 10-бит аналого-цифровой преобразователь более гибким и улучшили работу высокоскоростного порта ВВ. А чтобы привлечь пользователей 8-бит микроконтроллеров типа 8048 и 8051, микроконтроллер 80C196 содержит также средства для работы в качестве двухрежимного контроллера шины — 8- или 16-бит. Имея мощность рассеяния в активном режиме всего лишь 300 мВт микроконтроллер 80C196 предусматривает, кроме того, режим холостого хода, при котором мощность снижается до 110 мВт, и дежурный режим с малой мощностью потребления, уменьшенной до 10 мВт.

Главный фактор, обеспечивший повышение быстродействия микроконтроллера 80C196 — это переход от трехфазной к двухфазной схеме синхронизации, что, как говорит Реджимбал, позволяет кристаллу работать при делении задающей частоты синхронизации на два, а не на три. Это означает, что при использовании 42-МГц кварца микроконтроллер 80C196 работает с внутренней тактовой частотой 6 МГц против 4 МГц для 8096.

Еще одно важное усовершенствование, по словам Дьюза, связано с изменением шинной структуры микроконтроллера 80C196. Если в микроконтроллере 8096 внешняя периферийная шина имела 16 линий, то внутренняя шина, связывающая контроллеры прерываний кристалла и памяти, имела только восемь линий и использовалась для передачи как данных, так и кодов операций. Кристалл 80C196 имеет 16-бит шину данных плюс 8-бит шину для передачи кодов операций из контроллера памяти в центральный процессор. Такая увеличенная разрядность шины данных дает возможность выбирать 16-бит команды за один такт, а не за два.

Реджимбал говорит, что переход от программируемой логической матрицы (ПЛМ) типа И-ИЛИ для реализации микрокода команд к использованию микрокодового процессора дает центральному процессору возможность выполнять операции с любым байтовым или двухбайтовым словом в размещенном на кристалле регистровом блоке. Это позволяет также применить более эффективную аккумуляторную схему, поскольку все ячейки внутреннего ОЗУ можно использовать в качестве аккумуляторов.

Чтобы расширить функциональные возможности микроконтроллера 80С196 с точки зрения работы в реальном времени, разработчики из фирмы Intel увеличили число источников прерываний с 20 до 25 и число ячеек векторов прерываний с 8 до 16. «Для большинства контроллерных приложений реального времени чем больше прерываний, тем лучше, поскольку это позволяет микроконтроллеру следить за увеличенным количеством событий одновременно»,— говорит Реджимбал.

Чтобы расширить возможности последовательного обмена данными для многоконтроллерных систем, микроконтроллер 80С196 модифицирован с точки зрения структуры последовательных портов с добавлением трех признаков состояния. Благодаря этому можно более эффективно определять состояние контроллера для таких ситуаций, как действительность бита четности, переполнение буфера приемника и опустошение буфера передатчика.

Разработчики из фирмы Intel усовершенствовали также набор команд, так что большинство более простых команд, не связанных с интенсивными математическими вычислениями, выполняется с затратой всего лишь четырех тактов, или восьми циклов внешней частоты синхронизации, указывает Дьюз, против пяти-шести тактов в микроконтроллере 8096. В среднем на выполнение команд в случае микроконтроллера 80C196 затрачивается на 25—50% меньшее количество тактов или циклов частоты синхронизации, чем в случае 8096. Разработчикам удалось даже значительно повысить эффективность выполнения команд, связанных со сложными операциями умножения и деления. Например, на выполнение операции умножения двух операндов и запоминание затрачивается только 14 тактов против 26 в микроконтроллере 8096 (с получением 32-бит результата) или приблизительно 2,3 мкс против 6,5 мкс.

Структура регистрового блока также была модифицирована. Регистровый блок микроконтроллера 80C196 имеет такой же размер, как блок 8096 (232 байт), однако он сделан более гибким благодаря переходу от одно- к многоплоскостной регистровой структуре. Дополнительный регистр выбора плоскости позволяет переключаться с одной плоскости на другую. «Такая новая схема обеспечивает возможность записи в регистры, используемые затем в режиме только чтения, что создает для программиста гораздо большую свободу маневра»,— говорит Реджимбал.

Кристалл 80C196 содержит контроллер шины, предусматривающий работу как в 8-, так и в 16-бит режимах. По словам Дьюза, это имеет особенно важное значение для расширения области применения 16-бит микроконтроллера 80C196. «Хотя сейчас имеется большое и постоянно растущее число новых пользователей, которым требуются 16-бит микроконтроллеры, ключом к успешному развитию этого сектора рынка является привлечение разработчиков, привыкших работать преимущественно с 8-бит контроллерами», — добавляет он. Наличие такого контроллера шины позволяет разработчику, знакомому в основном с 8-бит микроконтроллером 8048 или 8051, использовать более высокие скоростные и функциональные характеристики микроконтроллера 80C196 и переходить на 16-бит режим после накопления опыта. Кроме того, микроконтроллер 80C196 благодаря схеме динамического переключения, инициируемого путем изменения данных в регистре управления конфигурацией кристалла с доступом через внешний контакт разрядности шины, предусматривает возможность оперативного перехода из одного режима в другой при выполнении одной и той же прикладной программы.

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 60, No.20 (778), 1987г - пер. с англ. М.: Мир, 1987, стр.24

Electronics Vol.60 No.20 October 1, 1987 A McGraw-Hill Publication

Bernard C. Cole. Intel's radical redesign doubles 8096 throughput, pp.59,60.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Микроконтроллеры





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Intel/80196/D19880203Elc024.shtml