正確理解微控制器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特性可以改善設(shè)計(jì)

分布通道用戶在設(shè)計(jì)諸如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等高性能、低成本和低功耗系統(tǒng)時(shí)，需要既能減少系統(tǒng)器件成本又適合其產(chǎn)品要求的集成微控制器。這些應(yīng)用要求運(yùn)行速度大于33MHz，既有片上Ram和Flash存儲(chǔ)器，又有易于使用高級(jí)語(yǔ)言編程的先進(jìn)外圍設(shè)備陣列。
單芯片微控制器通常包括時(shí)鐘和復(fù)位邏輯、處理器、存儲(chǔ)器、處理器的中斷控制器、外圍設(shè)備和外部總線接口。由于各廠商定位的市場(chǎng)目標(biāo)不同，外圍設(shè)備的類(lèi)型在控制器廠商中變化很大，但大部分都是通用I/O端口、定時(shí)器、串行接口和ADC。這些資源的整合減少了它們與處理器間操作可見(jiàn)度，所以在硬件/軟件的集成過(guò)程中，需要一些調(diào)試鉤來(lái)完成設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)。
主處理器控制程序流，它決定了計(jì)算速度、存儲(chǔ)器存取的類(lèi)型、開(kāi)發(fā)方法以及是否適用于低功耗應(yīng)用。還可以定義運(yùn)算精度，存儲(chǔ)臨時(shí)變量的寄存器的數(shù)量決定C語(yǔ)言代碼的編譯效率。
嵌入式微控制器內(nèi)含的存儲(chǔ)器陣列可以減少系統(tǒng)器件數(shù)量、功耗以及觸發(fā)電路板信號(hào)跟蹤產(chǎn)生的電磁干擾，也就減少了整個(gè)系統(tǒng)的成本。當(dāng)片上Flash用作永久性存儲(chǔ)器時(shí)，Sram通常用于臨時(shí)程序執(zhí)行和變量存儲(chǔ)。外圍設(shè)備通常用于映射特定地址的存儲(chǔ)器，存取指令系統(tǒng)中的指令代碼。

接收和運(yùn)行實(shí)時(shí)中斷
高效地處理一個(gè)或多個(gè)中斷是嵌入式微控制器的關(guān)鍵任務(wù)。中斷可以來(lái)自多個(gè)中斷源，從大于1s到小于10ms。所以，在一個(gè)中斷服務(wù)延遲內(nèi)，應(yīng)估算最差中斷請(qǐng)求條件、了解能夠提供的中斷服務(wù)數(shù)目，以及優(yōu)先級(jí)排序情況等。
在摩托羅拉32位MMC2107微控制器中，使用M-Core處理器和中斷控制器的功能組合來(lái)完成有效的中斷處理。使用32個(gè)唯一的可編程優(yōu)先級(jí)可以向至少40個(gè)中斷源提供服務(wù)，優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)于一個(gè)中斷源。中斷源可屏蔽，并且各個(gè)優(yōu)先級(jí)能夠被編程用于標(biāo)準(zhǔn)或快速的中斷請(qǐng)求，快速中斷請(qǐng)求的優(yōu)先權(quán)高于標(biāo)準(zhǔn)中斷請(qǐng)求。中斷輸入通過(guò)編程可以用于邊沿觸發(fā)或電平觸發(fā)。
中斷服務(wù)可以被中斷請(qǐng)求自動(dòng)向量化或者向量化，向量化中斷基于優(yōu)先級(jí)產(chǎn)生。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和快速的中斷，分離向量編號(hào)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷的快速處理。在中斷等待過(guò)程中，軟件能夠自己安排中斷進(jìn)度表。中斷控制器并不受低功耗模式影響。

與其它設(shè)備通訊
許多系統(tǒng)要求采用一種方法與一個(gè)或多個(gè)主計(jì)算機(jī)、終端和其他微控制器通訊，通訊時(shí)使用串行異步RS-232協(xié)議。該協(xié)議允許使用一種工業(yè)方式使信息通過(guò)，最少使用兩線。
在實(shí)現(xiàn)特定功能的系統(tǒng)集成過(guò)程中，可以要求許多專(zhuān)門(mén)的電路。這些獨(dú)立的外圍設(shè)備包括ADC、DAC、串行Flash存儲(chǔ)器、執(zhí)行SPI協(xié)議的LCD陣列、帶微控制器的全雙工數(shù)據(jù)傳輸器。這些高速串行傳輸器基于多倍微控制器時(shí)鐘。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)使用專(zhuān)門(mén)的硬件計(jì)時(shí)器，用于保持時(shí)間、測(cè)量和創(chuàng)建事件及產(chǎn)生周期性中斷。這些計(jì)時(shí)器用于計(jì)算和控制事件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)速度和加速度、波形產(chǎn)生、周期性中斷產(chǎn)生、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器。這些應(yīng)用要求計(jì)時(shí)器同樣帶計(jì)數(shù)器，用來(lái)測(cè)量和創(chuàng)建可變的脈沖寬度，以及減少微控制器的自動(dòng)重新加載。
在嵌入式應(yīng)用中，ADC用于許多不同的領(lǐng)域，包括音頻濾波、噪聲消除、頻率平衡和波形分析等。在不同的技術(shù)中，ADC有不同的反應(yīng)時(shí)間和精度，其所能監(jiān)視的輸入通道數(shù)量變化很大。
MMC2107的隊(duì)列ADC(QADC)能夠支持40個(gè)指令字和40個(gè)10位轉(zhuǎn)換結(jié)果(見(jiàn)圖2)。能夠?qū)⒉僮髋抨?duì)，并且QADC有至少16個(gè)模擬輸入通道，能夠自動(dòng)地轉(zhuǎn)換多路模擬輸入。借助外部多路復(fù)用器，QADC能夠采樣44個(gè)不同的模擬通道。通過(guò)外部觸發(fā)器、QADC計(jì)時(shí)器或軟件，可以設(shè)置觸發(fā)采樣。QADC能夠同時(shí)采樣兩個(gè)通道，并且對(duì)每個(gè)隊(duì)列或者子隊(duì)列鏈產(chǎn)生一個(gè)中斷。

系統(tǒng)特性加強(qiáng)應(yīng)用
另外，還應(yīng)考慮增加系統(tǒng)可靠性和電池壽命。尤其是在苛刻的環(huán)境中，代碼可能周期性地收到高電壓或機(jī)械震動(dòng)，以致引起系統(tǒng)停機(jī)或死機(jī)，這就需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)時(shí)器來(lái)確保應(yīng)用程序的持續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)復(fù)位、外部存儲(chǔ)器接口和調(diào)試也是必要的功能。
對(duì)MMC2107來(lái)說(shuō)，可以用有23位地址總線和4個(gè)片選信號(hào)的32位外部雙向數(shù)據(jù)總線來(lái)處理外部存儲(chǔ)器或電路的接口。如果不需要外部總線，引腳可以作為通用I/O線使用。內(nèi)部總線的活動(dòng)能夠通過(guò)直接連接到邏輯分析儀的顯示循環(huán)模式，內(nèi)部總線的狀態(tài)可以提供給外部接口總線。通過(guò)直接存取所有片內(nèi)應(yīng)用資源的JTAG/OnCE調(diào)試端口，可以方便地使用調(diào)試代碼。■