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32位精簡(jiǎn)指令集架構的AT91M42800A的設計與應用
摘要：介紹了ＡＴＭＥＬ公司生產(chǎn)的基于３２位精簡(jiǎn)指令集（ＲＩＳＣ）架構的單片機ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的特點(diǎn)，提出了一種基于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的應用設計方案，給出該設計的硬件原理圖，同時(shí)針對ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的存儲器空間分配問(wèn)題，給出了分散裝載的程序代碼舉例，從而為基于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的嵌入式系統設計提供了一個(gè)思路。１ 引言
目前，嵌入式產(chǎn)品逐步占領(lǐng)了ＰＣ市場(chǎng)，而其核心部分——處理器的性能則決定了產(chǎn)品的設計和性能。在３２位嵌入式處理器中， 由ＡＴＭＥＬ 公司生產(chǎn)的ＡＴ９１系列芯片之一ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ是基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ 處理器內核的１６／３２位微控制器，它除具有ＡＲＭ處理器的低功耗、低成本、高性能等優(yōu)點(diǎn)外，還具有非常豐富的片內資源，特別適合于嵌入式產(chǎn)品的設計開(kāi)發(fā)。
２ ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ 的基本特性
ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ采用３２位精簡(jiǎn)指令集（ＲＩＳＣ）架構，因此，它既支持１６位Ｔｈｕｍｂ指令集，又支持３２位的Ａｒｍ指令集。它采用三級流水線(xiàn)結構，可在同一時(shí)間內，一條指令在執行，第二條指令在譯碼，第三條指令在取指，這樣，在每個(gè)周期都有一條指令在執行，因此，指令執行速度很快。ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的基于先進(jìn)微控制器總線(xiàn)結構（ＡＭＢＡ）的模塊化設計方法具有綜合、快速、高性能價(jià)格比的特點(diǎn)。該微控制器的內部工作寄存器很多，非常適合實(shí)時(shí)控制應用。其主要特點(diǎn)如下：
●內核電壓和鎖相環(huán)電壓為２．７～３．６Ｖ， Ｉ／Ｏ口操作電壓為２．７～５．５Ｖ；
●內部帶有８ｋＢ靜態(tài)ＲＡＭ；
●具有完全可編程外部總線(xiàn)接口（ＥＢＩ），且多達８個(gè)片選，尋址空間很大；
●內含８通道外設數據控制器（ＰＤＣ）；
●帶有５４個(gè)可編程Ｉ／Ｏ口；
●內含６通道１６位定時(shí)／計數器；
●具有２個(gè)通用串行異步接收／發(fā)送器（ＵＳＡＲＴ）和２個(gè)主／從ＳＰＩ接口；
●內含３個(gè)系統定時(shí)器；
●時(shí)鐘可由３２７６８ Ｈｚ 晶體和內部鎖相環(huán)（ＰＬＬ）電路產(chǎn)生，最高可編程至３３ＭＨｚ，也可由外部時(shí)鐘信號提供；
●內置嵌入式在線(xiàn)仿真電路（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＩＣＥ）?可通過(guò)ＪＴＡＧ口對ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ進(jìn)行測試。
３ 基本組成系統
由ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ構成的最基本的系統至少應包括以下幾個(gè)部分：
（１）程序存儲器（ＲＯＭ）
由于ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ 內部沒(méi)有ＲＯＭ，因此，必須外擴一片程序存儲器。應當注意的是：ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的８位總線(xiàn)和１６位總線(xiàn)的ＦＬＡＳＨ接法不同，具體接法如圖１所示。
（２）數據存儲器?ＲＡＭ?
如果設計的系統比較復雜，數據比較多，當單片機內部８ｋＢ ＳＲＡＭ不能滿(mǎn)足要求時(shí)，還要外擴一片數據存儲器。ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ能夠支持兩種“寫(xiě)”方式，但對８位數據總線(xiàn)和１６位數據總線(xiàn)的操作也是不同的，因此，對于不同的存儲器，其接法不同。對于８位總線(xiàn)的存儲器，只需接Ｄ０～Ｄ７，將Ｄ８～Ｄ１５懸空，并將其地址線(xiàn)對接，而單片機的ＮＷＥ／ＮＷＲ０接到存儲器的ＮＷＥ上。對于１６位總線(xiàn)的存儲器，則將其數據線(xiàn)對接，Ａ１～Ａ１７接存儲器的Ａ０～Ａ１６，并將其ＮＷＥ／ＮＷＲ０接存儲器的ＮＷＥ，ＮＵＢ／ＮＷＲ１接存儲器的ＮＵＢ，ＮＬＢ／Ａ０接存儲器的ＮＬＢ。外擴的ＲＡＭ 的接法與外擴ＦＬＡＳＨ的接法類(lèi)似。
（３）時(shí)鐘發(fā)生電路
ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的時(shí)鐘既可以外接晶體，也可外接時(shí)鐘信號。當外接晶體時(shí)，由于其內帶振蕩電路，因此，外接３２．７６８ ｋＨｚ 的晶體后，可產(chǎn)生慢時(shí)鐘（ＳＬＣＫ）。由于ＳＬＣＫ頻率低，所以系統的功耗也很低。若想提高系統的工作頻率，則可通過(guò)ＰＬＬＡ或ＰＬＬＢ對其倍頻，以達到所要求的工作頻率。如果所需頻率不能通過(guò)ＰＬＬ倍頻得到，則可由外接時(shí)鐘信號來(lái)提供。當外接時(shí)鐘信號時(shí)，可直接把時(shí)鐘信號接到ＸＩＮ引腳上，ＸＯＵＴ引腳懸空。
（４）顯示電路
顯示電路可采用數碼管顯示或液晶顯示，由于液晶顯示的功耗低，故常采用這種顯示方式。該設計選用的液晶顯示模塊為ＬＣＭ１０３。
（５）電源及復位電路
ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ內部帶有看門(mén)狗（ＷａｔｃｈＤｏｇ）電路，也可以外加ＷａｔｃｈＤｏｇ電路。本文中的例子采用的就是外加ＷａｔｃｈＤｏｇ電路的接法，所選用的器件是ＭＡＸＩＭ公司生產(chǎn)的ＭＡＸ６３１６ＬＵＫ２９ＣＹ。
４ 典型應用
由于單片機ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ具有低功耗、高性能、片內資源豐富、尋址空間大等優(yōu)點(diǎn)，所以適合現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，其簡(jiǎn)要硬件原理圖如圖２所示。圖中只給出主要器件的主要引腳接法，電源電路及其它引腳限于篇幅圖中未畫(huà)，讀者在實(shí)際的設計過(guò)程中可自行設定。
圖2 現場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)發(fā)實(shí)例
５ 存儲器空間分配
在本設計中，由于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ處理器的地址空間非常大（可達４Ｇ字節）。因此，在重映射前，可將地址最低的４ＭＢ分配給內部存儲器，最高的４Ｍ 分配給內部外設，其余中間的地址空間（從０ｘ００４０００００到０ｘＦＦＦＣＦＦＦＦ）留給外部擴展的設備，這部分設備可由ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ 的八個(gè)片選來(lái)選擇。筆者選擇的ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ開(kāi)發(fā)環(huán)境為ＡＤＳ１．１，由于在實(shí)際的嵌入式系統中，ＡＤＳ１．１提供的缺省存儲器映射不能滿(mǎn)足要求，而用戶(hù)的目標硬件有多個(gè)存儲器設備，且位于不同的位置，如上例中，ＡＴ９１Ｍ４２８００Ａ的四個(gè)片選分別給了外擴ＦＬＡＳＨ、外擴的ＲＡＭ、以及ＦＢ３０５０的內部寄存器片選和存儲器片選，因此需要通過(guò)Ｓｃａｔ-ｔｅｒ 文本文件來(lái)指定一段代碼或數據在加載和運行時(shí)在存儲器的不同位置，這個(gè)文本文件在命令行中由－ｓｃａｔｔｅｒ開(kāi)關(guān)指定。在ａｒｍ ｌｉｎｋｅｒ菜單的ｏｕｔｐｕｔ 子菜單下有ｌｉｎｋ ｔｙｐｅ一項。ｌｉｎｋ ｔｙｐｅ 選項中，只要選擇 ｓｃａｔｔｅｒ，并指定ｓｃａｔｔｅｒ．ｓｃｆ 文件的存儲位置就可以了
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