26/09/2012. Microcontroladores PROCESADORES DE TEXAS INSTRUMENTS ORGANIZACIÓN INTERNA DE LOS MICROCONTROLADO RES FAMILIA DE MICROCONTROLADORES MSP430

Transcripción

1 PROCESADORES DE TEXAS INSTRUMENTS ORGANIZACIÓN INTERNA DE LOS MICROCONTROLADO RES 1 Microcontroladores F. Hugo Ramírez Leyva Octubre MICRCONTROLADOR (MCU) MSP430 FAMILIA DE MICROCONTROLADORES MSP430 El MCU MSP430 son fabricados por Texas Instruments (TI) CPU de 16 bits Tienen un bajo consumo de energía Existen modelos con: Velocidad del CPU de 8MHz a 25 MHz Memoria flash de 0.5kB a 256kB RAM de 128B a 18kB De 14 a 113 terminales Mas de25 empaques Página del micro: RECURSOS DEL MICROCONTROLADOR MSP430 FAMILIA DE MICROCONTROLADORES MSP430 USB Radio Frecuencia (RF) Manejador de despegadores de cristal líquido (LCD) Convertidores ADC sigman delta Moduladores de ancho de pulso (PWM) Comparadores Comunicaciones seriales (I2C, LIN/IrDA, UART) Teclado Capacitivo 5 El MSP430 tiene una arquitectura RISC Su CPU es de 16 bits y la lectura la realiza en un ciclo 27 instrucciones Los kits de desarrollo inician en $4.30 dls Ambientes de desarrollo Code Composer Studio (CCS), IDE, IAR Embeded Workbench Tiene soporte para Linux 6 1

2 USOS DEL MSP430 Mediciones: Equipo portable médico: Data Logging: APLICACIONES DEL MSP430 Comunicaciones inalámbricas: Teclados capacitivos: Salud personal y fitness: APLICACIONES DEL MSP430 Energy Harvesting: ting Control de Motores: Seguridad: HERRAMIENTAS DE DESARROLLO TI suministra un conjunto de herramientas para hacer desarrollos en el MSP430Ware La página donde se encuentra información es: 0ware 9 10 DRIVER DE LIBRERÍAS DEL MSP430 GRACE Facilidad de uso en el llamado a periféricos Incluyen convertidores, temporizadores, comunicaciones seriales y mas Se tienen soporte para las familias MSP430F5xx y F6xx Documentación completa con un API gráfica Marca y código libre Se tiene un api (GRACE) par la configuración de periféricos 11 Grace permite generar rápidamente y documentar programas en C Facilita la configuración de los perifericos 12 2

3 HERRAMIENTAS DE SOFTWARE EL MSP-EXP430G2 LAUNCHPAD 13 El MSP-EXP430G2 LaunchPad development kit suministra todo el hardware y software necesario para inciar Soporta toda la líne de MCUs MSP430G2xx Caracteristicas: Emulador en la tarjeta 20-pin DIP Socket 2 on-board LEDs and 2 onboard switches El Kit incluye, el cable USB, la guia de inicio rápido 2x 10-pin male and female headers Trae 2 MSP430 MCUs 14 HERRAMIENTAS DE DESARROLLO EZ430 TARJETAS DE DESARROLLO Los kits ez430 permite probar otros módulos del MSP430 en un empaque como una memoria USB Los precios varia desde 10 dlls hasta 199dlls TARJETAS DE DESARROLLO TARJETAS DE DESARROLLO

4 EMPAQUES PROGRAMA UNIVERSITARIO MSP430G2XX SERIES UP TO 16 MHZ MSP430G2XX SERIES UP TO 16 MHZ (CONTINUED) MSP430G2XX SERIES UP TO 16 MHZ (CONTINUED) CARACTERÍSTICAS DEL DEL MSP430G2231 MSP430G2452IN20 Bajo rango de voltajes de 1.8V a 3.6V Ultra bajo consumo de energía Modo activo 220 ua a 1MHz, 2.2V Modo de Standby 0.4uA Modo de apagado (Retención de RAM) 0.1uA Cuatro modos de ahorro de energía Despertado ultra ràpido en menos de 1us Arquitectura RISC, con un ciclo de instrucción de 62.5ns Modos de configuración del Reloj Frecuencia interna de asta 16MHz con una frecuencia sin calibrar Oscilador interno de baja frecuencia (LF) cristal de 32kHz Fuente externa de reloj Temporizador A de 16 bits con 2 registros de comparación y captura Interfaz Universal Serial (USI) que soporta SPI e I2C Detector de Brownout Convertidor ADC de 10 bits a 200ksps con referencia interna, sample-and- Hold y autoescan Programación serial en tarjeta, no requiere voltaje de alimentación para la programación, protección del código Emulación en circuito con interfaz Spy-Bi-Wire

5 ARQUITECTURA DEL MSP430G2231 MSP430G TERMINALES MSP430G2231 TERMINALES MSP430G ESPACIO DE MEMORIA REGISTROS ESPECIALES El MSP430 utiliza una arquitectura tipo von-newmann que tiene un espacio de memoria compartido entre registros de funciones especiales (SFRs), periféricos, RAM y memoria Flash/ROM Puede direccionar hasta 128kB 29 El CPU esta integrado por 16 registros especiales. El tiempo de ejecución entre ellos es de 1 ciclo de reloj Los 4 registros R0 a R3 son dedicados como contadores de programa, apuntador de stack, registro de estatus y generador de constantes Los registros restantes de R4 a R15 son de propósito general Los periféricos se conectan al CPU usando los buses de direcciones y de datos El conjunto de instrucciones es de 51, con tres formatos, 7 modos de direccionamiento. Cada instrucción puede operar en formato de palabra o byte 30 5

6 MEMORIA REGISTROS PC El inicio de direcciones de la memoria Flash/ROM depende de la cantidad de memoria del dispositivo. El fin es 0x1FFFF la memoria Flash puede ser usada para mantener dados o programa ya que se pueden almacenar tablas sin necesidad de copiarlas a RAM El vector de interrupciones es mapeada in las 16 palabras superiores del espacio de direcciones flash/rom. La de mayor prioridad es la que se encuentra en 0X1FFFF La memoria RAM inicia en 0x La dirección final depende de la cantidad de memoria que disponga el dispositivo Los periféricos están mapeados en espacio de direcciones. El rango es de 0x0100 a 0x01FF. Estos módulos deben se accedidos con instrucciones de palabras, solo el byte bajo contiene información valida Los bytes son localizados en direcciones pares e impares. El byte bajo se almacena en la dirección par y el alto en la impar 31 El CPU posee un conjunto de 16 registros los cuales son: El contador de programa PC El Stack Pointer 32 PROGRAM COUNTER (PC) El contador de programa (ProgramCounter PC) registros (PC/R0), apunta a la siguiente instrucción a ejecutar Cada instrucción usa un número par de bytes y de esta forma se incrementa Formato de direccionamiento: MOV #LABEL,PC ; Branch to address LABEL MOV LABEL,PC ; Branch to address contained in LABEL ; Branch indirect to address in R14 STACK POINTER (SP) El estack pointer (SP/R1) es usado por el CPU para almacenar la dirección de retorno de una llamada a subrutina e interrupciones Se puede usar con todas las instrucciones y modos de direccionamiento El SP es inicializado por el usuario desde la RAM y se alinea a direcciones pares STACK POINTER (SP) MOV.W 2(SP),R6 ; Copy Item I2 to R6 MOV.W R7,0(SP) ; Overwrite TOS with R7 PUSH #0123h ; Put 0123h on stack POP R8 ; R8 = 0123h REGISTRO DE ESTATUS El registro de estatus (SR/R2) es de 16 bits y es usado como fuente o destino Puede ser usado como modo de direccionamiento de registro con instrucciones en formato de palabra

7 REGISTRO DE ESTATUS REGISTRO DE ESTATUS R2: Status Register (SR): Stores status and control bits; System flags are changed automatically by the CPU; Reserved bits are used to support the constant generator Reserved for CG1 V SCG1 SCG0 OSCOFF CPUOFF GIE N Z C Bit Description 8 V Overflow bit. V = 1 Result of an arithmetic operation overflows the signed-variable range. 7 SCG1 System clock generator 0. SCG1 = 1 DCO generator is turned off if not used for MCLK or SMCLK 6 SCG0 System clock generator 1. SCG0 = 1 FLL+ loop control is turned off 5 OSCOFF Oscillator Off. OSCOFF = 1 turns off LFXT1 when it is not used for MCLK or SMCLK 4 CPUOFF CPU off. CPUOFF = 1 disable CPU core. 3 GIE General interrupt enable. GIE = 1 enables maskable interrupts. 2 N Negative flag. N = 1 result of a byte or word operation is negative Z Zero flag. Z = 1 result of a byte or word operation is 0. 0 C Carry flag. C = 1 result of a byte or word operation produced a carry. 38 CONSTANT GENERATOR REGISTERS REGISTROS DE PROPÓSITO GENERAL Los registros generadores de constantes CG1 y CG2 Son constantes que permiten expandir los modos de operación (de 27 mas 24 adicionales) Sus principales ventajas son: No requiere instrucciones especiales No requiere palabras de código para las 6 constantes No requiere acceso a memoria para tomar el dato La instrucción: CLR dst Es emulado por el operador MOV R3,dst Donde #0 es remplazado por el esamblador, y R3 es usado con As=00. La instrucción INC dst Es reemplazado por: ADD 0(R3),dst 39 Los 12 regsitros de R4 a R15 pueden contener datos de 8 bits, 16 bits o 20 bits Cualquier dato de byte escrito al CPU limpia los bits 19:8 Cualquier dato de palabra limpia los bits 19:16 La instrucción SXT extiende el signo a través de los 20 bits del registro 40 MODOS DE DIRECCIONAMIENTO MODOS DE DIRECCIONAMIENTO Las instrucciones del programa le dicen al procesador que hacer, donde encontrar la información El direccionamiento es necesario para dirigir al procesador la localización correcta Los modos de direccionamiento son la maneras en las cuales las instrucciones indican la direcciones Son 7 los modos de direccionamiento para el operando fuente y 4 para el operando destino En la tabla se muestran los modos donde As es el registro fuente y Ad el destino Los 7 modos son: Modo Registro Modo Indexado Modo simbólico Modo absoluto Modo indirecto Modo autoincremental indirecto Modo inmediato

8 MODO REGISTRO MODO INDEXADO MODO INDEXADO MODO SIMBÓLICO MODO SIMBÓLICO MODO ABSOLUTO

9 MODO ABSOLUTO MODO INDIRECTO MODO INDIRECTO MODO AUTO INCREMENTAL INDIRECTO MODO AUTO INCREMENTAL INDIRECTO MODO INMEDIATO

10 MODO INMEDIATO EL CONJUNTO DE INSTRUCCIONES 55 Son 27 el conjunto de instrucciones del MSP430 Las 24 instrucciones emuladas expanden las capacidades del CPU, se reemplazan automáticamente cuando se compila Son 3 los formatos de las instrucciones Operando dual Un solo operando Salto Las instrucciones pueden ser en formato de byte o palabra (.B o.w) En byte se usa para tomar los datos de los periféricos Las instrucciones de palabra se usan para tomar datos con este formato, es la configuración por default 56 FORMATO DE LAS INSTRUCCIONES FORMATO DE INSTRUCCIÓN DOBLE Las instrucciones de fuente y destino usan los siguientes campos Src La fuente del operador defindo por As y S-reg dst As El operando destino definido por Ad y D-reg Los bits direccionados responsables del modo de direccionamiento usado (src) S-reg El registro de trabajo usado por la fuente (src) AD Los bits de direccionamiento responsables por el modo de direccionamiento usado por el destino (dst) D-reg El registro de trabajo usado por el destino (dst) B/W operación de Byte o palabra: 0: Operando de palabra 1: operador de byte FORMATO DE INSTRUCCIÓN SIMPLE FORMATO DE INSTRUCCIÓN DE SALTO

11 INSTRUCCIONES EMULADAS REFERENCIAS [1] MSP430TM Ultra-Low-Power Microcontrollers; Texas Instruments; N/S slab034v [2] MSP430x2xx Family, Texas instruments, N/P slau144e REGISTROS DE PROPÓSITO GENERAL R4 A R15 Los 12 registros de R4 a R15 pueden contener datos de 8 bits, 16 bits o 20 bits Cualquier dato de byte escrito al CPU limpia los bits 19:8 Cualquier dato de palabra limpia los bits 19:16 La instrucción SXT extiende el signo a través de los 20 bits del registro

12 GENERADOR DE RELOJ CONFIGURACIÓN BÁSICA DEL RELOJ El MSP430 tiene construido un oscilador que usa un cristal externo comúnmente de kHz, pero usando un cristal de alta frecuencia puede generar frecuencias de 1MHZ a 8MHZ El sistema de tiene tres módulos Con cristal externo de kHz Oscilador interno de muy baja frecuencia (LF) Oscilador digitalmente controlado (DCO) El DCO se estabiliza en menos de 1us. Éste proporciona 3 salidas: Reloj auxiliar (ACLK) de 32768Hz del cristal externo o el oscilador LF Reloj principal (MCLK) usado por el CPU Reloj sub principal (SMCLK) usado por los periféricos 67 El reloj es configurado con los registros: DCOCTL (Digitally Controlled Oscilator Control Register) BCSCTL1 y BCSCTL1 (Basic Clock System Control Registers) En el registro DCOCTL se divide en 2 partes: DCOx (bits 7 a 5) Selecciona la frecuencia del DCO definidos en el registro RSELx MODx (bits 4 a 0) Define que tan seguido se usa la frecuencia fdco+1 que puede ser usada como periodo de 32 DCOCLK ciclos, no se usa cuando DCOx= WATCHDOG TIMER El registro de Watchdog timer es controlado por el registro WDTCTL y se divide en 8 secciones

13 TIMER EJEMPLO 1 EN ENSAMBLADOR ;******************************************************************* ************.cdecls C,LIST,"msp430g2231.h" ; Include device header file ; text ; Progam Start ; RESET mov.w #280h,SP ; Initialize 'x1121 stackpointer StopWDT mov.w #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL ; Stop WDT SetupP1 bis.b #001h,&P1DIR ; P1.0 output 75 push #0001 ; #001h,&P1OUT Mainloop xor.b ; Toggle P1.0 Wait mov.w #050000,R15 Delay to R15 ; L1 dec.w R15 ; Decrement R15 jnz L1 ; Delay over? jmp Mainloop ; Again ; ; ; Interrupt Vectors ; sect ".reset" ; MSP430 RESET Vector.short RESET ;.end