特殊功能暫存器

1、第二章MSP430系列微控器軟硬體結(jié)構(gòu),,,2-1 MSP430 系列混合訊號微控器簡介2-2 MSP430F44x 硬體架構(gòu)2-3 MSP430 微控器之定址模式2-4 MSP430 微控器之指令字模式2-5 MSP430 微控器之模擬指令2-6 MSP430 微控器指令集說明,,,16bit精簡指令集電腦(reduced instruction set computer, RISC)CPUMSP430使用馮紐曼架構(gòu)(V

2、on Neumann architecture)位置記憶體匯流排(memory address bus, MAB)資料記憶體匯流排(memory data bus, MDB),MSP430系列混合信號微控器簡介,MSP430 系列混合信號微控器的主要特徵,,1. 極省電架構(gòu)可延長電池壽命2. 類比量測精確度的完善表現(xiàn)3. 16 位元RISC 核心處理器4. 嵌入式模擬5. 具有彈性的時脈模組6. 定址空間?

3、原廠的說明 datasheet,MSP430 系列混合信號微控器的主要特徵(續(xù)),1.極省電架構(gòu)可延長電池壽命0.1-μA 隨機記憶體保存的關(guān)機模式(power down mode)。0.8-μA 待機模式(stand by mode)。250-μA/MIPS 工作模式(run time mode)。2. 類比量測精確度的完善表現(xiàn)12 位元或10 位元的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)的取樣速率可達每秒20 萬次(200kps)。1

4、2 位元數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器(DAC)。,MSP430 系列混合信號微控器的主要特徵(續(xù)),3.具有現(xiàn)代16 位元RISC 核心處理器擁有較大的暫存器空間。核心簡潔的設(shè)計來減少功率消耗及降低成本。具有現(xiàn)代化高效能程式設(shè)計編譯的能力。強大的中斷向量能力。效能可高達每秒16MIPS (Million Instructions Per Second)。4.嵌入式模擬系統(tǒng)內(nèi)建可程式快閃記憶體模組(flash memory)，能夠彈性的對

5、程式碼做修改、更新，和檔案升級及紀錄資料。?JTAG介面-Joint Test Action Group (JTAG) is the common name used for the IEEE 1149.1 standard entitled Standard Test Access Port and Boundary-Scan Architecture for test access ports used for testing p

6、rinted circuit boards using boundary scan. JTAG is often used as an IC debug or probing port.,MSP430 系列混合信號微控器的主要特徵(續(xù)),5.具有彈性的時脈模組以電池為電源的應(yīng)用低頻輔助時脈(low-frequency auxiliary clock, ACLK)由32kHz 石英振盪晶體產(chǎn)生，提供自我喚醒功能為背景的即時時鐘(rea

7、l-time clock, RTC)使用。高速的數(shù)位控制振盪器(digital control oscillator, DCO) 產(chǎn)生主時脈(master clock, MCLK)，供給CPU 及高速的周邊模組使用。,MSP430 系列混合信號微控器的主要特徵(續(xù)),6. 定址空間MSP430 採用馮紐曼架構(gòu)，其定址空間分配給特殊功能暫存器(special function register, SFR)、硬體周邊(memory ma

8、pping I/O)、隨機存取記憶體(RAM)及Flash/ROM。MSP430 記憶體儲存資料的格式分bit、byte 及word 三種.記憶體是以位元組為單位(byte addressable)，所以word 格式的資料必須符合little endian 方式儲存在記憶體位置,,,,MSP430 家族,MSP430x4xx族系多功能混合信號微控器,MSP430x4xx 族系的特徵內(nèi)建一個LCD 驅(qū)動介面提供較多樣的類比介面.

9、 如:流量計介面(flow meter)、電力量測介面(electricity meter)、運算放大器(OP Amp)及12-bit 數(shù)位類比轉(zhuǎn)換(DAC12)提供完整的人機介面及特殊需求的量測功能，非常適合需要低功耗的可攜式的電子產(chǎn)品， 如：電力量錶、流量計等工業(yè)應(yīng)用，血糖計、血壓計、心電紀錄器等生理訊號量測的醫(yī)療儀表，或MP3player、多功能讀卡機、智慧型充電器等3C 應(yīng)用產(chǎn)品。,MSP430x4xx族系多

10、功能混合信號微控器(續(xù)),MSP430F44x的主要特徵：工作電壓由1.8V~3.6V。超低功率消耗：一般模式下工作電流僅有280μA (1MHz, 2.2V)， 省電模式下工作電流僅有1.1μA。5 種省電模式，從待機恢復(fù)所需的時間小於6μs。16 位元RISC 架構(gòu)，指令週期僅需125ns。60KB 程式記憶體，2048B 資料記憶體。8 個通道(channel)的12-bit ADC，其轉(zhuǎn)換速率最高可達每秒20

11、萬次取樣基本計時器可做8-bit 計時/計數(shù)。計時器A 可做16-bit 計時/計數(shù)器，包含3 組抓取/比較暫存器。計時器B 可做8~16-bit 計時/計數(shù)器，包含7 組抓取/比較暫存器。內(nèi)建獨立的硬體乘法器(hardware multiplier)，提供高速的乘加(multiply accumulate calculation, MAC)運算以支援數(shù)位信號處理的需求。支援多達160 段(segment)的LCD 驅(qū)動介面。

12、,,http://www.ti.com/,2-2 MSP430F44x 硬體架構(gòu),2-2 MSP430F44x 硬體架構(gòu),(1)16-bit RISC CPU、(2)鎖頻迴路時脈產(chǎn)生模組、(3)JTAG 實體模擬模組、(4)硬體乘法器、(5)程式記憶體(MSP430F449 有60KByte)、(6)資料記憶體(MSP430F449 有256Byte)(7)8-bit 周邊裝置(包含P1~P6 USART0~USART1、L

13、CD 模組、基本計時器BT、比較器A、電源管理SVS…等)、(8)16-bit 周邊裝置(包含ADC12、計時器A3、計時器B7及看門狗計時器等),2-2-1 MSP430 的記憶體結(jié)構(gòu),馮紐曼記憶體架構(gòu)?*程式記憶體 (program memory)*資料記憶體 (data memory)*晶片內(nèi)周邊模組 (Peripheral modules)*特殊功能暫存器(SFR)等，都在同一個記憶體定址空間內(nèi)(MS

14、P430F44x 擁有完整的64Kbyte 的記憶體空間) 。,記憶體資料匯流排(memory data bus, MDB)寬度為16 或8-bit16-bit 內(nèi)部周邊電路模組(如ADC)存取是以字組為單位(Word access)8-bit 周邊電路模組(如LCD，USART)存取是以位元組(Byte)為單位(Byte access)程式記憶體(ROM)及資料憶體(RAM)皆可以字組或位元組指令型態(tài)進行存取。,MSP430 的

15、記憶體資料匯流排,資料格式,位元組型態(tài)的資料可擺放於記憶體奇數(shù)或偶數(shù)位址上字組型態(tài)的資料是被分成相鄰的高端位元組(High order Byte)及低端位元組(Low orderByte)，必須符合小端優(yōu)先(little endian)的限制，把低端位元組資料放於記憶體偶數(shù)位址，高端位元組料放於相鄰之較高位址內(nèi)。隨機存取記憶體可以被字組及位元組指令存取周邊模組被分為兩種位址空間必須使用適當?shù)闹噶罡袷絹泶嫒　?快閃記憶體(Flash

16、 memory)結(jié)構(gòu),MSP430F449 的Flash memory 包含(1)中斷向量(Interrupt vector)(2)程式記憶體(Code memory)(3)資訊記憶體(Information memory),可由JTAG 埠、啟動載入器(UART 埠)或系統(tǒng)本身(CPU)來將程式碼或資料寫入,隨機存取記憶體(RAM),隨機存取記憶體(RAM)可以被當成程式(code)或資料(data)記憶體使用，程式存取總是在偶

17、數(shù)位址執(zhí)行。在指令的字尾有幫助辨識字組或位元組格式的設(shè)計：,隨機存取記憶體(RAM)(續(xù)),一個字組可以分為兩個位元組bit-0~bit-7 是低端位元組bit-8~bit-15 是高端位元組在資料搬移或存取時，不能由字組搬到位元組，但是可以由位元組搬移到字組，其中沒使用的空間被設(shè)為0。,周邊模組-位置配置方式,MSP430 把周邊模組可以處理的資料字分成word(字組)及byte(位元組)兩類，分別配置在不同的記憶體區(qū)段：字組

18、模組(word)：0100h～01FFh 此範圍屬於字組指令格式，字組模組是以16-bit 的資料記憶體匯流排(MDB)連結(jié)周邊和字組模組；當位元組指令格式寫入此記憶體空間時，只有偶數(shù)位址被使用，其結(jié)果的高端位元組通常為0。字組周邊模組所使用位址共有16 個區(qū)間，每一區(qū)間代表8 個字組空間。,周邊模組-位置配置方式(續(xù)),位元組模組(byte)：0010h～00FFh 此範圍屬於位元組指令格式，位元組模組是以記憶體匯流排(MDB)的低端

19、位元組連結(jié)周邊，位元組模組通常以位元組指令格式來存取。若使用字組指令格式讀取位元組模組資料時，高端位元組讀到的資料是未定，只有低端位元組的資料是正確的；若使用字組指令格式寫入位元模組時，低端位元組的資料是正確的，高端位元組則被忽略。。,周邊模組－特殊功能暫存器(SFRs),MSP430 把特殊功能及系統(tǒng)配置，放在特殊功能暫存器(SFRs, special function register)之內(nèi)；特殊功能暫存器位址安排在00～0Fh

20、的位址空間內(nèi)，是屬於位元組系統(tǒng)；必須使用位元組格式的指令。,2-2-2 CPU 暫存器,MSP430F449 的CPU 為一個16-bit RISC 架構(gòu)，內(nèi)含16 個暫存器。暫存器之間的資料轉(zhuǎn)移只需一個系統(tǒng)時脈週期，所以可以有效的減少指令執(zhí)行的時間。這16個暫存器以R0~R15 編號，R0 到R3 分別為程式計數(shù)器(PC)、堆疊指標(SP)、狀態(tài)暫存器(SR)及常數(shù)產(chǎn)生器(CG)，剩下的R4 到R15 則為一般用途暫存器。,2-2-

21、2 CPU 暫存器(續(xù)),暫存器與MDB、MAB 匯流排及ALU 組成CPU 的Datapath。,程式計數(shù)器(R0/PC),程式計數(shù)器(program counter, PC)為16-bit 指標，指向?qū)⒁獔?zhí)行指令的記憶體位置，指令執(zhí)行時會將R0 的內(nèi)容更新，以便指向下一個待執(zhí)行指令的記憶體位址。MSP430 系列的程式碼必須放置在記憶體的偶數(shù)位址，程式計數(shù)器也是以偶數(shù)增加，PC 的bit-0 (即LSB)保持為0。在64KB 定

22、址空間中，指令的存取是在資料字範圍內(nèi)被執(zhí)行。,堆疊指標(R1/SP),堆疊指標(stack pointer, SP)使用於在呼叫(CALL)或中斷時儲存回返位置，SP 可以適用於所有的指令及定址模式。SP 是使用遞減方式規(guī)劃，這個規(guī)劃的優(yōu)點是堆疊(stack)的頂部可以被使用到，使用者可以使用PUSH、POP 指令來直接使用堆疊。,狀態(tài)暫存器 (R2/SR/CG1),狀態(tài)暫存器(status register, SR)可以當做一般的暫存

23、器，在計算時作為來源(source)或目(destination)使用，此時若使用暫存器定址法，存取格式就必須是16-bit資料字，其餘的定址模式可被使用於常數(shù)產(chǎn)生器(constant generator, CG1)。16-bit 的SR 每個位元都是獨立的，主要任務(wù)是呈現(xiàn)指令執(zhí)行後的某些狀態(tài)，例如進位、溢位、負值、0 值等，SR 的某些位元可以被改變以控制CPU 的某些工作模式。,狀態(tài)暫存器 (R2/SR/CG1)(續(xù)),常數(shù)產(chǎn)生暫存

24、器(R3/CG2),MSP430 可將R2 及R3 暫存器當作常數(shù)產(chǎn)生器，產(chǎn)生六種常用的常數(shù)，當指令中出現(xiàn)一些常用的數(shù)值時，組譯器會以此兩暫存器代替，不需額外的16-bit 暫存器儲存此常數(shù)，這樣可以節(jié)省程式碼長度。,微控制器程式發(fā)展流程,微控制器程式發(fā)展流程,,,除錯程式,除錯程式(debugger)A debugger is a computer program that is used to test and debug oth

25、er programs (the "target" program). 整合發(fā)展工具(Integrated Development Environment, IDE)An integrated development environment (IDE) also known as integrated design environment or integrated debugging environment i

26、s a software application that provides comprehensive facilities to computer programmers for software development. An IDE normally consists of:a source code editora compiler and/or an interpreterbuild automation tools

27、a debuggera simulator,線上實體模擬器,An In-Circuit Emulator (ICE) provides a window into the embedded system. The programmer uses the emulator to load programs into the embedded system, run them, step through them slowly, and

28、view and change data used by the system's software.An "emulator" gets its name because it emulates (imitates) the central processing unit of the embedded system's computer. Normally it has a plug that

29、inserts into the socket where the CPU chip would normally be placed. Emulating the processor lets the ICE do anything that the processor can do, but under the control of a programmer.ICEs attach a terminal or PC to the