MCU MCU Micro Controller Unit 23/11/2005 – 14/12/2005 Andrea Aizza Contenuti MCU Lezione 1 Introduzione ai microcontrollori MCU Microchip PIC16F877 Caratteristiche (prima parte) Set di istruzioni (prima parte) Pratica: come iniziare Hardware: configurazione ‘minima’ Software: ‘Hello World’ Tools: programmatore A. Aizza - 23/11/05 -2- Contenuti MCU Lezione 2 PIC16F877 Caratteristiche (seconda parte) Set di istruzioni (seconda parte) Semplici tecniche di codifica Tools: Tools: ICD – In Circuit Debugger Compilatore ANSI C per PIC18 A. Aizza - 23/11/05 -3- Contenuti MCU Lezione 3 Pratica: esperienza di laboratorio LED + pulsante LED + pulsante + anti-rimbalzo (hardware/software) Misuratore di tensione con indicatore a LED Trasmissione su porta seriale A. Aizza - 23/11/05 -4- MCU Introduzione ai microcontrollori Microcontrollers: - Use internal RAM and ROM, so the external busses are available for general purpose I/O. Each bit can be assigned as an input or output. - Are generally used in very simple or lowcost designs. - Often have special ports: A/D converters, PWM outputs, USART, ...and so on. Microprocessors: - Use external RAM and ROM and require address and data busses to access them. - Are used for designs that require more I/O and memory. A. Aizza - 23/11/05 -5- MCU A. Aizza - 23/11/05 MCU Microchip Harvard Architecture Instruction Pipelining Long Word Instructions Single Cycle Instructions Single Word Instructions Large Register File Reduced Instruction Set Orthogonal Instruction Set -6- MCU MCU Microchip - Architecture Von Neumann Architecture 8-bit Bus CPU Traditional Von Neumann Architecture: – Fetches instructions and data from a single memory space – Limits operating bandwidth • Harvard Architecture: – Uses two separate memory spaces for program instructions and data – Improved operating bandwidth – Allows for different bus widths Program & Data Memory Harvard Architecture 8-bit Bus 14-bit Bus • Data Memory CPU X12 = PIC16C5x, PIC12C5xx x14 = PIC16Cxxx, PIC14Cxxx, PIC12C6xx x16 = PIC17Cxxx x16 Enhanced = PIC18Cxxx Program Memory A. Aizza - 23/11/05 -7- MCU MCU Microchip - Pipelining Pipelining • In most micro controllers, instructions are fetched and executed sequentially • The pipelined architecture overlaps fetch and execution, making single cycle execution possible Instruction Cycles : Œ MOVLW 0x55 MOVWF PORTB Ž CALL SUB BSF PORTA,3 TCY=0 TCY=1 Fetch 1 Execute 1 Fetch 2 TCY=2 TCY=4 TCY=5 Execute 2 Fetch 3 Execute 3 Fetch 4 Instruction @ SUB A. Aizza - 23/11/05 TCY=3 Flush Fetch SUB -8- Execute SUB MCU MCU Microchip – Long Word Instruction Long Word Instruction Program Memory • • • • • Separate instruction/data bus allows different bus widths PIC16 word length optimized to 14bits Harvard architecture allows single word/single cycle instructions 2k x 16 program memory on PICmicro roughly equivalent to 4k x 8 on other 8-bit microcontrollers Program Memory Single cycle access increases execution bandwidth 8-Bit Instruction Motorola M68HC05 National COP8 Zilog Z8 SGS Thomson Intel / Philips 80C51 ST62 8-bit Instruction ldaa #imm<8> 1000 0110 k k k k k k k k Long Word Instruction Microchip PICmicro 16-bit Instruction movlw k 0000 1110 A. Aizza - 23/11/05 -9- k k k k k k k k MCU MCU Microchip - Register File Concept Register File Concept Data Memory w • Register File Concept: Unlike other RISC processors, all of data memory is part of the register file, so any location in data memory may be operated on directly • All peripherals are mapped into data memory as a series of registers • Orthogonal Instruction Set: ALL instructions can operate on ANY data memory location • The Long Word Instruction format allows a directly addressable register file f ALU d w f WREG Function Examples: addwf MyReg,w addwf MyReg,f A. Aizza - 23/11/05 ; WREG = WREG + MyReg ; MyReg = WREG + MyReg - 10 - MCU PIC16F877 - Caratteristiche Caratteristiche principali Velocita` massima: 20Mhz Fino a 8K words (da 14bit) Pinout compatibile con altri PIC16 10bit A/D converter Brown-out reset Comparatore analogico Internal timers (8bit e 16bit) PWM (capture, compare) SSP (SPI o IIC) USART PSP (slave) Brown-out detection 256byte internal data EEPROM Oscillatore configurabile ICSP (debug/ICD) Protezione del codice Watch-dog timer Modalita` SLEEP A. Aizza - 23/11/05 - 11 - MCU PIC16F877 - Caratteristiche Caratteristiche principali Descrizione generale Piedinatura Schema a blocchi Oscillatore Reset Configuration Bits Memoria dati Memoria programma Paging memoria programma Registri speciali Convertitore A/D Interrupts Manuale completo A. Aizza - 23/11/05 - 12 - MCU PIC16F877 – Set di istruzioni Indirizzamento – Accesso alla Data Memory Diretto: movwf Indiretto: movwf <reg> INDF Immediato (literal) movlw A. Aizza - 23/11/05 <const> - 13 - MCU PIC16F877 – Set di istruzioni Indirizzamento – controllo di flusso Assoluto: goto Subroutine: call <addr> <addr> Istruzioni ‘Skip’: btfss A. Aizza - 23/11/05 <reg>, <bit> - 14 - MCU PIC16F877 – Set di istruzioni Classi di istruzioni: Control, Bit e Byte. A. Aizza - 23/11/05 - 15 - MCU A. Aizza - 23/11/05 PIC16F877 – Set di istruzioni - 16 - MCU Pratica – Configurazione hw minima Configurazione hardware minima Alimentazione: +5Vdc (pin 11, 32), 0Vdc (pin 12, 31) Clock: RC (pin 13) Reset: +5Vdc run, 0Vdc reset (pin 1) Schema configurazione hardware minima A. Aizza - 23/11/05 - 17 - MCU Pratica – Software Software: ‘Hello World’ Per far ‘funzionare’ un PIC serve: - Il codice da eseguire caricato nella program memory, I configuration bits programmati in modo da rispecchiare le caratteristiche hardware. ll file .hex, creato per esempio dall’assemblatore a partire dall’assembler o da un compilatore+assemblatore a partire dal linguaggio-C, contiene sempre il codice da eseguire assemblato. Puo` anche contenere i configuration bits. In caso contrario i configuration bits possono essere direttamente impostati tramite il programmatore. Il codice da eseguire (e i configuration bits) vengono caricati nell’MCU tramite il programmatore. A. Aizza - 23/11/05 - 18 - MCU Pratica – Software Multiple Source File Projects Relocatable Code Assembly Source File(s) ASM C C Source File(s) Object File(s) O ERR Map File MAP LST COD HEX COF O Common Object File Format (COFF) Object Module File LIB LKR Library File (Collection of Pre-Compiled Object Files) A. Aizza - 23/11/05 - 19 - Linker Script File Used to generate HEX, COD and LST files: mp2cod.exe COD and LST mp2hex.exe HEX MCU Pratica – Software ‘Hello World’ – ASM Software: ‘Hello World’ Header: LIST P=16F877, F=INHX8M include <P16F877.inc> __CONFIG _CP_ALL & _DEBUG_OFF & ... errorlevel -302, -306, -202 radix dec Inizio Codice: org goto org goto ASM – hello.asm 0x00 Start 0x04 ISR Codice: Start ... A. Aizza - 23/11/05 - 20 - MCU Pratica – Software – documenti utili Suggerimento... Quando si scrive codice ASM e` bene avere a disposizione: 1) Manuale ASM: Quick ASM reference / ASM reference manual 2) Il datasheet del PIC che si sta usando 3) Il circuito per il quale si sta scrivendo il codice A. Aizza - 23/11/05 - 21 - MCU Pratica – Tools: programmatore Come programmare un PIC? IC-Prog + JDM! Read, Write e Verify Codice in program memory Data EEPROM Configuration bits A. Aizza - 23/11/05 - 22 -
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