Как писал философствующий Станислав Ежи Лец - техника дойдет до такого совершенства, что человек сможет обойтись без себя. Но пока такого не случилось, продолжим заметки о микрокомпонентах и микросхемах, которые и составляют суть любого технического устройства. Если вас заинтересовала тема заметки, то рассказ о семействе микроконтроллеров компании Microchip, микроконтроллерах PIC будет, вероятно, небезынтересен.
Начнем с любопытного факта. Изначально в название PIC не закладывалась аббревиатура «Контроллер периферийного интерфейса», которая сегодня общепринята. Во время разработки PIC1650 компания General Instruments рассматривала сочетание букв PIC в качестве аббревиатуры, но подразумевала при этом несколько другое содержание. Специалисты компании расшифровывали «PIC» как «Программируемый интеллектуальный компьютер» или «Программируемая интегральная схема».
Первоначальный PIC был разработан для нового 16-разрядного процессора CP16000. Низкая производительность ввода-вывода не позволила устройству найти свою нишу, поэтому ему на смену пришел в 1975 году 8-битный PIC, повышавший производительность системы за счет уменьшения нагрузки процессов ввода-вывода на ЦП. Для выполнения этих задач PIC использовал простой микрокод, хранящийся в ПЗУ. Еще до появления термина в микроконтроллере PIC использовался RISC-дизайн, выполнявший инструкцию каждые 4 цикла генератора.
Компания Microchip Technology (или просто Microchip) - это известный производитель полупроводников. Активно работает на рынке микрокомпонентов с 1989 году, проделав путь от подразделения General Instruments до самостоятельного игрока.
В 1985 году подразделение микроэлектроники General Instrument выделяется как независимая компания, которая регистрируется как дочерняя компания. 14 декабря 1987 года она меняет название на Microchip Technology, а в 1989 году приобретается группой инвесторов.
Новый владелец отказывается от большинства разработок, которые к тому времени в большинстве своем уже устарели. Микроконтроллер PIC был дополнен EPROM для обеспечения программируемого контроллера канала.
Сегодня многие PIC поставляются с различными периферийными устройствами (модули последовательной связи, UART, ядро управления двигателями и т. д.) и с программной памятью от 512 до 32 000 слов (одно слово соответствует инструкции языка ассемблера и может быть 12, 14, 16 или 32 бита, в зависимости от конкретного семейства PICmicro).
Ассортимент продукции компании Microchip достаточно широк. Это:
- микроконтроллеры PIC (или PICmicro в терминологии производителя),
- компоненты KEELOQ,
- радиочастотные компоненты,
- компоненты управления батареями,
- интерфейсы,
аналоговые компоненты и т . д
Головной офис располагается в городе Чендлер, штат Аризона. Производственные подразделения расположены в Аризоне и Орегоне.
Его основными конкурентами являются:
- Atmel,
- Freescale,
- STMicroelectronics,
- Texas Instruments,
- Analog Devices и
- Maxim IC.
Микроконтроллер представляет собой блок обработки информации микропроцессорного типа, включающий внутренние периферийные устройства. Это позволяет производить сборки без добавления дополнительных компонентов. Благодаря этому микроконтроллер может работать автономно после программирования.
Ключевое преимущество микроконтроллеров PIC заключается в том, что они объединяют в себе программную память, память данных, порты ввода-вывода и даже часы (хотя могут использоваться внешние базы времени).
Некоторые модели дополнительно оснащены портами USB и блоками обработки.
Значение названий компонентов
Микроконтроллеры PIC основаны на нескольких технологиях программной памяти ПЗУ:
- EPROM,
- EEPROM,
- UVPROM,
- флэш-память.
Название микроконтроллера формируется по схеме
две цифры + одна или две буквы + цифры
Пример:
Микроконтроллер PIC 16F84, где
16 — тип процессора,
F — тип флэш-памяти,
84 — версия PIC.
Архитектура PIC предельно минималистична. Для него характерны следующие особенности:
- Отдельная область кода и данных (Harvard Architecture)
- Небольшое количество инструкций фиксированной длины
- Реализует конвейерную обработку таким образом, что большинство инструкций длятся 1 командный раз (или 4 такта). Могут быть инструкции с двумя временами команд (переходы, вызовы и возвраты подпрограмм и другие) или даже с большим временем команд в высокопроизводительных PIC. Это означает, что фактическая пропускная способность процессора в секунду составляет не менее 1/4 частоты генератора
- Единственный аккумулятор (W), использование которого (в качестве исходного оператора) является неявным (не указано в операторе)
- Все ячейки в ОЗУ функционируют как исходные и/или конечные регистры для математических и других функций
- Аппаратный стек для хранения инструкций возврата функции
- Относительно небольшой объем адресуемого пространства данных (обычно 256 байт), расширяемый за счет манипуляций с банками памяти
- Пространство данных связано с ЦП, портами и периферийными регистрами
- Счетчик программ также связан с пространством данных, и в него можно записывать (с возможностью непрямых переходов).
В отличие от большинства других ЦП, в PICmicro нет различия между пространствами памяти и пространствами регистров, поскольку ОЗУ выполняет обе функции и часто называется «файлом регистров» или просто регистрами.
Микроконтроллеры PIC имеют ряд регистров, которые функционируют как ОЗУ общего назначения. Регистры специального назначения для аппаратных ресурсов, доступных в самой микросхеме, также адресуются в ОЗУ. Адресация памяти варьируется в зависимости от линейки устройств, и все устройства PIC имеют какой-то механизм манипулирования банком памяти, который можно использовать для доступа к внешней или дополнительной памяти. Новые серии устройств имеют функции, которые могут охватывать все адресное пространство, независимо от выбранного банка памяти. В более ранних устройствах для этого нужно было использовать аккумулятор.
Для реализации косвенной адресации используются «регистр выбора файла» (FSR) и регистр «косвенного регистра» (INDF): номер регистра записывается в FSR, в результате чего операции чтения или записи в INDF фактически выполняются в или из регистра запись, на которую указывает FSR.
Более новые устройства расширяют эту концепцию с помощью пост- и преинкрементов/декрементов для большей эффективности при последовательном доступе к сохраненной информации. Это позволяет рассматривать FSR как указатель стека.
Внешняя память данных не адресуется напрямую, за исключением некоторых микроконтроллеров PIC 18 с большим количеством выводов.
Размер слова микроконтроллеров PIC является источником большой путаницы. Все PIC (кроме dsPIC) обрабатывают данные 8-битными порциями, поэтому их следует называть 8-битными микроконтроллерами. Но в отличие от большинства ЦП, PIC использует гарвардскую архитектуру, поэтому размер инструкций может отличаться от размера слова данных. Фактически, разные семейства PIC используют разные размеры инструкций, что затрудняет сравнение размера кода PIC с кодом других микроконтроллеров.
Например, микроконтроллер имеет 6144 байта памяти программ: для 12-битного PIC это означает 4096 слов, а для 16-битного 3072 слова.
В настоящее время старые PIC с памятью PROM или EPROM постепенно заменяются микросхемами на основе флэш-памяти. Кроме того, исходный 12-битный набор инструкций PIC1650 и его модификаций был вытеснен 14-битными и 16-битными наборами инструкций. Компания Microchip по-прежнему реализует версии PROM и EPROM большинства PIC для поддержки старых приложений или крупных заказов.
На сегодняшний день можно рассмотреть три основных диапазона микроконтроллеров PIC:
- базовые (Linebase),
- средние (Mid Range) и
- высокопроизводительные (high performance).
К примеру, PIC18 считаются высокопроизводительными и включают в себя PIC с коммуникационными модулями и расширенными протоколами (например, USB, Ethernet, Zigbee).
Время от времени появляются компании, предлагающие более дешевые или производительные версии PIC. Большинство быстро исчезают с рынка. К таким компаниям относится Ubicom (ранее Scenix), которая продает клоны PIC, которые работают намного быстрее оригинала. В OpenCores есть ядро PIC16F84, написанное на Verilog.
Появился микроконтроллер rfPIC, объединяющий все возможности PICmicro от Microchip и дополняющий их функцией беспроводной связи UHF для маломощных радиочастотных приложений. Такие устройства имеют очень компактную конструкцию, отвечающую растущим требованиям миниатюризации электронных устройств. До сих пор широкого распространения они не получили.
Любопытную модификацию микроконтроллера представляет собой PIC для обработки сигналов (dsPIC).
dsPIC массово выпускается с 2004 года. Представлял собой PIC со встроенной 16-битной шиной данных. Включает в себя все возможности предыдущих PIC и несколько аппаратно реализованных операций DSP, таких как умножение-накопление или MAC, сдвиг барреля , реверсирование битов или 16x16-битное умножение.
Microchip Technology выпустила в ноябре 2007 года новые 32-битные микроконтроллеры ПОС (PIC32) со скоростью обработки до 1,6 DMIPS/МГц с возможностью USB HOST. Тактовые частоты микроконтроллера могут достигать 80 МГц по сравнению со стандартным в 4-5 МГц благодаря внутренней PLL. Они работают при напряжении 3,3 В на входных и выходных портах. При этом производитель указывает, что, за исключением контактов с аналоговой функцией, в большинстве из них допускается напряжение до 5 В. Имеют оптимизированную архитектуру с высокой степенью параллелизма и ядром типа M4K, а также большой объем оперативной и флэш-памяти. Эти микроконтроллеры обеспечивают высокую скорость обработки информации.
Производитель осуществляет активную поддержку всех, кто пользуется продукцией компании, включая обучение. На сайте Microchip можно загрузить бесплатную утилиту для работы с PICmicro - MPLAB.
На этом закончим рассказ о микроконтроллере PIC, программируемой интегральной схеме (Programmable Integrated Circuit), которая содержит все компоненты для решения задач и управления ими. Именно поэтому ее называют микроконтроллером. С помощью этой небольшой микросхемы обеспечивается работа достаточно важных и технически сложных устройств. Такое положение дели и обусловливает тот факт, что постоянно возникают, компании, производящие клоны PICmicro.
Мы живем в обществе, которое полностью зависит от науки и технологии и в котором мало кто знает хоть что-нибудь о науке и технологии.
Карл Саган
Какой 3D-принтер станет для вас лучшим выбором в 2020 году
Все, что нужно знать о микроконтроллерах AVR
Новый процессор от Qualcomm поддерживает протокол 5G для бюджетных смартфонов
Как обезопасить карту Visa с технологией NFC от атак с использованием смартфона
Смартфоны Android могут обнаруживать землетрясения
Диод данных: эффективная технология сетевой безопасности