| 摘要：介紹SX系理單片機的性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、端口特性和存儲器體系結(jié)構(gòu),說明虛擬外設(shè)這一新的其廣闊的應(yīng)用前景。SX系列單片機具有高速運行和靈活的I/O特性,可作為一個嵌入式設(shè)備應(yīng)用在通信類的產(chǎn)品設(shè)計中。 關(guān)鍵詞：嵌入式Internet設(shè)備 RISC結(jié)構(gòu) 配置端口狀態(tài) 存儲器體系結(jié)構(gòu) 虛擬外設(shè) SX52BD（以及SX48BD）是SX系列產(chǎn)品,是采用CMOS工敢制造的、可配置的通信控制器。它的操作頻率可達到50/75/100MHz,是一種高速計算機;其大部分指令為單周期指令,運行速度可達到一般MCU的20倍;靈活的I/O特性使之具有高效的實時控制功能。正因為它的高速運行特性,設(shè)備可以用軟件模塊（虛擬外設(shè)）替代一部分過去由硬件實現(xiàn)的實時功能,這是SX系列的最重要的特點。目前可以實現(xiàn)的虛擬外設(shè)大多用于通信設(shè)備,如通信接口和Internet連接協(xié)議等。下面主要從它的硬件結(jié)構(gòu)進行說明。
1 主要性能和特點 ①CPU性能�；赗ISC結(jié)構(gòu),采用壓縮的指令系統(tǒng),除branch外大部分為單周期指令;操作頻率最高可達100MHz,此時指令周期10ns,內(nèi)部中斷響應(yīng)時間達30ns;可以通過運行時間內(nèi)讀代碼（IREAD指令）進行快速平臺查找;它能克服一般MCU運行速度慢的缺點,使得SX系列的內(nèi)部程序達到硬件實時控制功能的目的。 ②硬件外設(shè)特性。內(nèi)部包含2個（帶8位預(yù)定標器的）16位定時器,運行方式有軟件時鐘模式、PWM模式、同步PWM/捕捉模式以及外部事件模式;有一個（帶8位預(yù)定標器的）可編程的8位定時/計數(shù)器（RTCC）和看門狗計時器（共享RTCC預(yù)定標器）;內(nèi)部包含模擬比較器,這對于一般的應(yīng)用來說顯得十分方便。
③由于SX系列高速運行特性,再加上靈活的I/O功能,設(shè)備就可以用軟件模塊（虛擬外設(shè)）代替那些硬件所具有的準確的實時功能。目前可以實現(xiàn)的虛擬外設(shè)大多用于通信設(shè)備（例如通信接口和Internet連接協(xié)議等）以及作為運行速度比較高的信號發(fā)生裝置和轉(zhuǎn)換裝置。 ④編程和調(diào)試支持�？梢酝ㄟ^串口或并口對芯片進行在線編程（例如可以接振蕩器引腳進行在線串行編程）,芯片具有在線調(diào)試支持邏輯。對于實時仿真、全程調(diào)試,可以由第三工具供應(yīng)商提供完備的開發(fā)環(huán)境。這些軟件支持包括：即時可用的虛擬外設(shè)模塊庫、虛擬外設(shè)綜合實例以及用于通信的應(yīng)用軟件工具包等。 SX設(shè)備在襯能夠提供新的思路和解決辦法, 一方面它可對應(yīng)用于一些常規(guī)的設(shè)備,如：過程控制器、電子設(shè)備/工具、安全/監(jiān)視系統(tǒng)、汽車用戶、動力控制系統(tǒng)、私人通信設(shè)備等等;另一方面,SX通信控制器為SX堆棧的硬件平臺,它能實現(xiàn)執(zhí)行整個TCP/IP協(xié)議、物理層及其它相關(guān)的高速通信層——虛擬外設(shè)模塊。邊疆的虛擬外設(shè)庫也在不斷擴大應(yīng)用范圍,如：Internet協(xié)議堆棧、通信接口的出現(xiàn)都使設(shè)計師就能將一些產(chǎn)品嵌入Internet。它的整個網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議堆棧工具能使單片網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和E-mail設(shè)備在嵌入式場合中應(yīng)用。平些工具包括TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議、物理層及其它的相關(guān)的高速通信層——虛擬外設(shè)模塊。它的虛擬外設(shè)庫也在不斷擴大應(yīng)用范圍,如：Internet協(xié)議堆棧、通信接口的出現(xiàn)都使設(shè)計師就能將一些產(chǎn)品嵌入Ｉnternet。它的整個網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議堆棧工具能使單片網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和Ｅ－ｍａｉｌ設(shè)備在嵌入式場合中應(yīng)用。這些工具包括TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議的物理層界面,使系統(tǒng)設(shè)計師能開發(fā)出一些成本低廉的嵌入式Internet設(shè)備,而不必用到外部的物理通路或PC網(wǎng)關(guān)。 2 電路結(jié)構(gòu) 圖1所示為SX系列產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖�？梢钥吹絊X系列產(chǎn)品內(nèi)部使用了2個獨立的具有不同地址總線的存儲器,一個用于程序,另一個用于數(shù)據(jù),兩者是嚴格區(qū)分開的。它允許數(shù)據(jù)同時從程序存儲流至SRAM,能從程序存儲器訪問數(shù)據(jù)表格。這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)點為：取指為存儲傳送可通過多層通道交替進行。這意味著在執(zhí)行當前指令的同時,能獲取從程序存儲器傳來的下一條指令。實際上這是一種基于RISC的結(jié)構(gòu),其存儲器設(shè)計工藝可使設(shè)備比傳統(tǒng)的MCU塊20倍,且能準確自由振蕩及可完成編程。SX系列產(chǎn)品采用4個階段傳遞（接收-解碼-執(zhí)行-寫入）,所以每一時鐘周期執(zhí)行1條指令。當最大操作頻率達到100MHz時,指令以每10ns的時鐘周期運行。 程序存儲器采用EEPROM或Flash,片內(nèi)容量為4 096字節(jié),在使用中重復(fù)寫周期可大于10 000次以上;而數(shù)據(jù)存儲器是SRAM,片內(nèi)容量為262×8位。
SX系列芯片的引腳中大部分都是I/O端口,其中A、B、C、D、E為并行雙向I/O端口。這5個8位端口都可以進行I/O編程,既可以作為輸入端口也可以作為輸出端口。選擇作為輸入端口使用時,可以按TTL電平或CMOS電路電平標準選擇,對于外圍電路的接口顯得非常方便。B、C、D、E端口還可選擇施密特觸發(fā)器輸入的形式,尤其是外部信號不太穩(wěn)定的情況下這種選擇很實用。此外,B端口可編程選擇作為模擬比較器（RB0為輸出,RB1為負輸入,RB2為正輸入）對2個模擬信號進行比較。在端口用于輸出的情況下,全部輸出口具有30mA灌入電流能力,作為輸出端口全部引腳有可選擇的內(nèi)部上拉電阻,或者選擇外接電阻的形式,使得輸出驅(qū)動更加方便。由此可以看到,端口結(jié)構(gòu)靈活的特性有助于實現(xiàn)SX系列的虛擬外設(shè)功能和用在一些特殊場合。 除了上面的顯著特點外,它的接口部分還包括以下部分：2個帶8位預(yù)定標器的16位定時器,可支持不同的操作模式（PWM模式、同步PWM/捕捉模式以及外部事件計數(shù)器模式）;1個帶預(yù)定標器的通用的8位定時器,1個模擬比較器,1個brownout檢測器及看門狗定時器;具有一種多源喚醒功能的節(jié)點模式,端口B（8個引腳）上有喚醒/中斷功能;1個內(nèi)部RC振蕩器,可供用戶選擇時鐘模式,RC內(nèi)部振蕩器可調(diào)范圍為31.25kHz～4MHz。 目前SX系列中有SX48BD和SX52BD兩種產(chǎn)品,除了引腳封裝形式不同外其它功能基本相同。從圖2的2種電路外形圖可以看出：SX48BD為48腳封裝,SX52BD為52腳封裝。它們的區(qū)別是A端口不同：后者有8個I/O引腳,而前者卻只有4個。 3 端口特性 由圖2可以看到SX系列都有5個8位的I/O端口（即端口A～端口E）,其中端口A的情況與其它4個端口有些區(qū)別。圖3給出了端口A內(nèi)部的情況：硬件結(jié)構(gòu)及端口每個引腳的配置寄存器的情況。端口A提供對稱的驅(qū)動能力。在48腳的SX48BD器件中,端口A只有4個引腳（而不是8個引腳）。每個端口有4個相對應(yīng)的8位寄存器（即方向、數(shù)據(jù)、TTL/CMOS選擇以及上拉允許寄存器）用于配置端口引腳的狀態(tài)。如：選擇高阻輸入或輸出,或選擇TTL或CMOS電壓電平,或選擇接入/關(guān)斷上拉電阻。接照端口引腳最低位與寄存器的最低位相對應(yīng)的關(guān)系,要訪問這些配置寄存器,還必須同時將合理的值寫入MODE（方式）寄存器中。 開機時,寄存器中所有位初始化為“1”。在軟件的控制下,相關(guān)的寄存器對各個端口位進行配置,如圖4所示。 與端口A的情況不同的是,端口B、C、D和E還有額外相關(guān)的寄存器（施密特觸發(fā)允許寄存器）,能允許或禁止各個端口引腳上的施密特觸發(fā)器起使用。端口B支持芯片上的微分比較器,RB1端口和RB2端口分別是比較器的負、正輸入腳,RB0端口則是比較器的輸出引腳。另外,端口B還支持所有8個引腳上的多重輸入喚醒功能。端口B和C還支持多功能定時器T1和T2;RB4和RB5是T1是捕捉輸入引腳,RB6是T1的PWM輸出引腳;RB7是T1的外部事件計數(shù)器輸入引腳;同樣地,RC0和RC1是T2的捕捉輸入引腳,RC2是T2的PWM輸出引腳,RC3是T2的外部事件計數(shù)器輸入引腳。圖5給出了端口B、C、D、E的硬件結(jié)構(gòu)及相應(yīng)端口每個引腳的配置寄存器。
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