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依8位SoC嵌入式微處理器的最新發展動態，從智能設計模塊、開發工具和程序設計三個方面，探討ET44M210微處理器芯片的結構特點和應用方法。 1 概述 當前，使用8位單片機作為控制核心的應用仍然是主流。主要原因是，有相當數量的應用項目只需要使用8位單片機就完全能滿足技術要求。8位單片機的低成本、易開發、技術資源豐富等優點，使得其它高位單片機無法與其匹配，因此，無論是芯片制造商還是系統應用開發人員，對8位單片機的現狀和發展都給予了極大的關注。 8位嵌入式微處理器發展的一個重要特點是片上系統SoC(System on Chip)化。SoC化的技術含義就是在一個芯片上廣泛使用知識產權IP（Intellectual Property），從而加速了嵌入式系統的研制和開發過程。從設計上來說，SoC是一個通用設計復用達到高生產率的軟、硬件協同設計；從方法學的角度來說，SoC在開發工具和程序設計方面作了許多突出的改進，例如IP核可重用設計、規范化的接口及測試方法、內置嵌入式操作系統等。這些改進為8位嵌入式微處理器的深入應用開辟了更為廣泛的前景。綜合有關文獻，8位嵌入式微處理器研制技術的發展特點如圖1所示。 SoC嵌入式系統從真正意義上實現了所謂“片上系統”，即芯片級的系統應用。一個嵌入式微處理器芯片可以包含若干個知識產權IP模塊，用戶可以根據需求選用某種型號的芯片或向制造廠商定制。長期以來，嵌入式系統的軟件開發一直落后于硬件技術的發展，是阻撓嵌入式系統快速發展的一個“瓶頸”。解決這一問題的重要途徑就是使用“可重用”的IP模塊程序IPP（Intellectual Property Program），它可以極大地加速軟件的開發過程。這一方法有望可以使得嵌入系統應用程序的開發變得簡單、方便和快捷。 繼JTAG接口之后，一種使用USB接口的“仿真+實驗模板”實現全仿真的開發方式，引起業界的越大關注。使用這種開發工具，只需要花費幾百元錢就可以得到全功能的仿真操作和程序代碼寫入工具。這種廉價而又高質量的開發方式，無疑將對嵌入式微處理器的普及和推廣產生巨大的影響。本文介紹的ET44M210芯片是一款低價格、高性能、采用CMOS工藝制造、具有RISC架構的8位微控制器芯片。芯片采用SMA封裝，引腳數為100，由臺灣義統電子股份有限公司（Etoms Electronics Corp.）設計生產。ET44M210的設計充分體現了當今SoC化產品的特征，在IP模塊、開發工具和程序設計方面頗具特色。 2 ET44M210芯片的IP模塊 ET44M210芯片包含有10個IP模塊，其結構如圖2所示。 微控制器MCU MCU是ET44M210芯片的核心。它的工作電壓范圍為2.2V～3.6V DC,工作頻率范圍為0Hz～48MHz。該芯片采用RISC指令架構，有直接、間接和相對三種尋址方式，除了條件轉移指令是雙字節以外，其它所有指令均為單字節；具有上電復位、看門狗、密碼保護等功能；共有20個中斷源，16層堆棧；采用CMOS工藝制造，具有低功耗特點，典型工作電流為1.5mA(使用6MHz晶振、工作電壓3.V時)，待機時的工作電流僅為1μA。 鎖相振蕩環PLL 外部晶振為6MHz，可編程產生6、12、24和48MHz的時鐘信號，提供給其它各IP模塊使用。通過對有關寄存器的設置，可以選用“休眠”、“綠色”或“普通”系統時鐘模式。 存儲器ROM/RAM 程序存儲器ROM是雙字節的。程序計數器PC（Program Counter）是14位的，因此總共有16K的容量分為2個頁面，每個頁面為8K。源地址從0x0000起始，從0x10開始到0xA8用來存放中斷服務程序的程序段，一共可以響應20個中斷，每個程序段為8個字節。系統對各功能模塊的響應使用統一的中斷方式，因此極大地提高了芯片的工作效率，并使得程序的編制變得非常容易和清晰。ET44M210芯片ROM的內容可以重復改寫。 ET44M210芯片的數據存儲器RAM是單字節的靜態存儲器，總共有1321個，全部可以作為寄存器使用。在這些寄存器中有相當一部分已經賦予了特定的功能。如果這些功能進行分類，可以分為：通用寄存器、系統控制/初始化寄存器、特殊功能寄存器、USB控制/狀態寄存器、無線調制解調器控制/狀態寄存器/SPI控制/狀態寄存器/定時器/計數器和I/O狀態/控制寄存器等。ET44M210芯片所有功能的實現都是通過這些寄存器的設置來實現的。 輸入輸出I/O接口 芯片最多可以有42個I/O引腳，通過有關寄存器的設置可以定義輸入、輸出、上拉電阻選用、開路輸出選用和按鍵喚醒選擇等。 定時器/計數器 除了通常的帶預除器的8位計數器外，還有一個16位的“長時計數器”（FRC，Free Run Counter），可以很方便地實現長時間定時或大容量計數。 脈寬調制輸出PWM 芯片有2個脈沖寬度調制輸出端，調制精度為16位，即脈沖寬度調制的最小量是脈沖周期的1/65536。 模擬/數字轉換ADC 16通道、10位轉換精度，提供內部3V標準參考電壓。使用6MHz時鐘源泉時的最快轉換時間為4μs。 同步串行外圍接口SPI 主/從通信模式均可選用，MSB和LBS的傳輸順序可選。 通用串行總線集線器（USB HUB） 含內置式、可進行1點對3點通信的USB集線器，符合USB1.1標準。數據上傳速度為12Mbps，下行速度為12Mbps。5V電源可由PC計算機USB接口提供。 無線射頻調制解調器Wieless/RF Modem 通信頻率為2.4GHz，可連接到RF102調制解調器的并行接口端，帶CRC校驗。無線傳輸距離≤10m。 3 ET44M210芯片的開發工具 ET_USBICE仿真軟件ET44M210芯片采用“USB接口仿真+實驗模板”作為硬件開發工具，如圖3所示。 開發板的前半部分是仿真模板，在其上有一個ET44M210芯片，內部固化了仿真程序。仿真模板通過板上的USB接口與PC機進行通信，在仿真軟件的配合下構成一個低成本，高性能的在線仿真器ICE和寫入器。 開發板的后半部分是實驗模板，在其上也是一個ET44M210芯片，用戶通過實驗模板進行系統開發和模擬實驗。實驗模板上有3個USB接口，供用戶開展USB應用實驗使用。仿真模板的前端可外接1個WM通信模板，為開展WM通信實驗使用。實驗板上還有1個48引腳的插座，可供連接I/O接口、ADC、PWM、SPI等使用。 ET44M210芯片采用ET_USBICE仿真軟件作為軟件開發工具，如圖4所示。 ET_USBICE仿真軟件使用USB接口與PC計算機進行通信。軟件具有標準的通用仿真軟件界面和工程導向管理功能，適用于Windows98/2000/XP等多種操作系統，可以很方便地對源程序進行編寫、編譯、偵錯、仿真運行、代碼生成、寫入等全過程。 4 ET44M210芯片的程序設計 ET44M210芯片的程序設計有如下幾個特點。 （1）匯編過程可以使用宏定義頭文件（Head File） ET44M210芯片中的各知識產權IP的功能選擇是通過寄存器內容設置來完成的。知識產權功能設置寄存器多達數百個，為了使用方便，設計廠商為每個寄存器以及相應的位制定了一個特定的名稱。在為這些名稱建立了相應的名稱-地址宏定義以后，用戶在設置豁口內容時就不再需要使用地址，只需要直接使用寄存器及其相應的位的名稱就可以了。所有關于寄存器及其位的名稱-地址宏定義都被放入一個以H為后綴名的頭文件中。ET_USBICE仿真軟件的編譯器可以接受類似C語言中所使用的頭文件，這樣做不僅為程序設計帶來了極大的方便，同時也使程序設計實現了統一和規范。廠商提供的包含所有寄存器名稱宏定義的頭文件是ET44M210_REG.H。 （2）智能模塊采用統一的中斷工作方式 ET44M210芯片提供了多種特色知識產權，如USB通信接口、無線調制解調器WM等，還提供了許多流行的知識產權，如ADC、SPI、PWM等，所有這些知識產權的響應都是通過中斷工作方式來實現的。ET44M210將ROM存儲器的0x10～0xA8的區域作為20個中斷響應入口，在使用時通過對有關的中斷控制寄存器的設置控制優先級，這樣很方便地就可以實現多知識產權工作的協調和統一。 （3）可重用知識產權模塊程序IPP 由于ET44M210芯片在設計時采用了IP核可重用設計和規范化的接口，因此對于同一系列的不同芯片，知識產權應用程序可以重用。用戶只需要對功能模塊的數據接口進行安排，無需從頭開始，可以極大地提高程序設計效率。 圖4 設計廠商提供了各知識產權的功能演示程序。通過演示程序，用戶一方面可以學習功能模塊程序的應用方法另一方面也可以將功能模塊的演示程序移植到用戶實際的應用程序中，大大加快了程序設計的進度。 （4）支持C高級語言編程 ET_USBICE仿真軟件提供C高級語言編譯器，支持使用臺灣義隆電子系統有限公司所定義的C語言標準編寫源程序。 結語 8位嵌入式微處理器芯片正在向SoC化發展，通過設計重用和硬、軟件協同設計的方法達到高效率。ET44M210芯片正是這種SoC化發展的一個范例。該芯片具有多個知識產權，最為突出的是有1個符合USB1.1協議標準的USB集線器和1個2.4GHz的高頻無線調制解調器。ET44M210采用獨特的“仿真+實驗模塊”開發方式，價格低、性能好，可以完全達到硬件在線仿真器ICE的功能。在程序設計中采用匯編宏定義頭文件和可得用知識產權，使得嵌入系統應用程序的開發變得簡單、方便和快捷。 |
