MSP430使用指南2 -> CPU/CPUX

2020-03-31来源: eefocus关键字:MSP430  使用指南  CPU  CPUX

首先,先说明一下CPU位数代表的是什么意思,从市面上看8位,16位,32位甚至64位的MCU内核都已出现,位数指的是什么呢:


严谨说法:指CPU一次能处理的数据宽度,也就是参与运算的寄存器的数据长度。


MSP430 是16位的MCU


我们平时对MCU的C语言编程,都会经过编译器编译成机器码,也就是二进制,最后通过CPU内部寄存器(一般有20-100个)来实现运算数据,因此我们写的所有程序,实现的所有功能,最终都要由CPU内部寄存器的读写来完成。


CPU寄存器一般分为专用寄存器和通用寄存器,对于MSP430来说,总共有16个寄存器:R0 - R15, 其中四个(R0 – R3)为专用寄存器,其余的为通用寄存器,下面详细讲解一下CPU的内部结构和寄存器的功能。


1. CPU和CPUX


多看MSP430的User Guide你会发现,对于CPU介绍的章节,有些是CPU,有些则是CPUX,那么这两个有什么区别呢? 为什么要出现CPUX呢:


我们来计算一下:


首先,16位的寄存器,也就是说我们由于需要寻址去执行相应的程序,即我们最多只有16跟地址总线,那么寻址范围呢:216=64K,每个地址可以存储1B的数据,因此CPU的最大寻址空间为64KB,这也就是CPU内核的MCU内部最大的Flash或FRAM空间了,但是如果用户程序很复杂呢,算法量很多呢,或者需要在内部Flash或FRAM中存储大量数据呢,必定会造成一个问题,内存不够,这就很尴尬,基于此,TI才开发了CPU的升级版CPUX内核,地址总线为20为,那么最大可以支持1MB的存储,这就可以解决这个问题了。 什么?1MB还不够?程序占有量没那么大的,1MB的内存基本满足90%以上的要求了,这是MCU,MCU,不是高端CPU!


2.CPU/CPUX的结构图:

左侧是CPU的内部结构,右侧为CPUX的结构图,从图上看,唯一的区别就是寄存器位数和地址总线了,因此,这两个CPU内核是一致的,仅仅区别在地址总线上而已。


PS: 不论是ARM内核,还是AVR内核,MSP430内核等,基本原理都大同小异,包含的CPU寄存器也很相似,不需要一致迷恋ARM内核好等,理性来说,适合自己项目的最好,ARM内核性能高,但内部也比较复杂,MSP430内核则比较简单,操作起来更便利,因此在很多场合下,MSP430内核更好理解和上手。


好啦,内核结构基本就这样,什么?What’s the fuck? 看不懂? 没事呀,作为硬件工程师甚至是嵌入式软件工程师,不需要理解,就知道它就这样子,内部就是一堆寄存器和运算器就OK了,我们也很少会接触到它。


3.CPU/CPUX内部寄存器:


首先介绍一下MSP430 CPU/CPUX的主要特征:


丰富的寄存器资源

单周期操作寄存器

16位数据总线 16位/20位地址总线

常数发生器

直接存储器到存储器的访问

位,字节和字的操作方式。


寄存器列表:

image.png

下面以CPU(16位地址线)为例讲解一下每个寄存器的作用:


R0寄存器:PC 程序计数器

CPU中最核心的寄存器,指示下一条即将执行指令的地址。 PC寄存器的内容总是偶数,指向偶字节地址。程序计数器PC可以像其他寄存器一样用所有指令和所有寻址方式访问,但对程序存储器的访问必须以字为单位,否则会清除高位字节。PC的宽度决定了可以直接寻址的范围。16bits -> 64KB, 20bits -> 1MB。


汇编Code示例:


MOV #LABLE, PC              ;跳转到地址LABLE开始执行


MOV LABLE, PC                ;程序开始执行的地址为LABLE所在内存中的数


MOV @R14, PC                ; 程序开始执行的地址为寄存器R14中的数


R1寄存器:SP 堆栈指针

堆栈指针的所用主要是保护当前程序执行的地址,当正在执行一段程序,突然进来了一个中断,因此需要把当前执行程序的地址保护起来,将中断服务程序的矢量地址写入PC寄存器,开始执行中断服务程序,当中断服务程序执行完后,再将堆栈中的数据赋给PC寄存器,返回到原本程序位置接着执行。同时堆栈再函数调用期间也可以保存寄存器变量,局部变量参数等。


堆栈指针SP总是指向堆栈的顶部,系统在将数据压入堆栈时,总是先将堆栈指针SP的值减2,然后再将数据送到SP所指的RAM单元中。将数据从堆栈中弹出正好与压入过程相反;先将数据从SP所指示的内存单元取出,再将SP值加2。


汇编Code示例:


MOV 2(SP), R6                ;将内存单元I2中的数据放到R6中。


MOV R7, 0(SP)                ;将R7中的数据放到堆栈顶所在的单元(I3)中。


PUSH #0123h                  ;将SP的值减2,再将#0123h放到SP所指向的单元中。


POP R8                             ;将SP所指单元中的数(#0123h)放到R8中,再将SP的值加2。


实现功能的图如下:

R2寄存器:SR 状态寄存器

状态寄存器指示CPU目前工作遇到的一些零标志,负标志等,同时可以控制CPU的中断功能,具体功能见下表:

image.png

R3寄存器:常数发生器


常熟发生器用于产生一些常用的常数,而不必占用一个16 bits的字。所用常数的数值由寻址位As来定义,硬件完全自动地产生数字:-1,0,1,2,4,8   具体如下:

image.png

R4~R15寄存器:通用寄存器,可用于自由的读写操作。


汇编Code示例:


MOV #1234H, R15         ;执行后R15内容为1234H


MOV.B #23H, R15          ;执行后R15内容为0023H


ADD.B #34H, R15           ;执行后R15内容为0057H


4.CPU/CPUX存储结构:


特点:MSP430 MCU采用“冯-诺依曼”结构,物理上完全分离的存储区域,如ROM,FLASH,FRAM,RAM外围模块,特殊功能寄存器SFR等,被安排在同一地址空间,这样就可以使用一组地址、数据总线、相同的指令访问。

中断向量被安排再相同的空间:0FFE0~0FFFFH;

8位,16位外围模块占用相同范围的存储器地址;

所有器件的特殊功能寄存器占用相同范围的存储器地址:00H~0FH;

数据存储器开始于相同的地址,即从0200H处开始;

代码存储器的最高地址都是0FFFFH.


5.编程时内联函数:


再使用CCS或IAR编程过程中,你可能会发现,有一些函数类似于库里面的,找不到定义,这些函数是内联函数,具有一些特殊功能,在使用过程中可以减少自己的开发时间。


MSP430总共有42个内联函数,这里列出几种常用的,并描述其功能:


__no_operation();

仅仅是空操作而已,类似于NOP(); 调试使用,可以定位到程序运行的位置。


__delay_cycles(10);

延时函数,参数指的是MCLK时钟周期,比如:MCLK  1MHz,那么参数写1000,则大约延时1ms。


__bis_SR_register();

针对寄存器中单独的某一位进行置位,常用的如:


__bis_SR_register(SCG0);                 // disable FLL


__bis_SR_register(LPM3_bits|GIE);         // Enter LPM3, interrupts enabled


__bic_SR_register();

针对寄存器中单独的某一位进行复位,常用的如:


__bic_SR_register(SCG0);                 // enable FLL


__bic_SR_register_on_exit();

针对寄存器中单独的某一位进行复位同时退出到main中,常用的如:


__bic_SR_register_on_exit(LPM0_bits + GIE);  // Exit LPM0 on return to main


针其他内联函数平时很少使用,有些也不太需要很深入的了解函数的含义,具体内容,可以参见MSP430 Optimizing C C++ Compiler.pdf文件。

关键字:MSP430  使用指南  CPU  CPUX 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic492987.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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