MSP430

MSP430 - универсальный солдат встраиваемых систем.

В этой короткой статье я расскажу о преимуществах  применении семейства микроконтроллеров MSP430 от Texas Instruments в проектах малых и средних встраиваемых систем.

Встраиваемая система это система, встраиваемая в какой либо аппарат для снабжения его искусственным интеллектом. Это и система управление ракетой и роботом и электросчетчиком и микро-волновой печью и тд. и тп. Для создания подобных систем и предназначены микроконтроллеры семейства MSP430:

В настоящий момент на рынке микроконтроллеров существует порядка десятка различных семейств микроконтроллеров (PIC, AVR, STM, H8, 8051, MSP430...) Все эти семейства имеют много сходного и различного.  Семейство же MSP430 спроектировано с целью дать разработчику как можно более гибкий микроконтроллер буквально во всех отношениях. Идет ли речь о минимальном энергопотреблении, либо функциональности, всегда разработчик может выбрать один из множества мк из семейства MSP430 и гибко сконфигурировать его под нужную задачу. Однако в качестве платы за такую гибкость приходится расплачиваться более сложной (по сравнению с другими мк) организацией MSP430, что делает его скорее микроконтроллером для профессиональных разработок. Благодаря такой гибкости и богатой функциональности семейство и получило большое распространение во множестве промышленных устройств. Выбрав в качестве абривеатуры для семейства сочетание букв  MSP (Mixed Signal Processor) Texas Instruments старалась позиционировать эти микроконтроллеры как своего рода мост между аналоговым и цифровым представлением сигналов. Был выбран курс на оптимизацию архитектуры под использование ставшего стандартом во встраиваемых системах языка Си. Разнообразие корпусов этой серии впечатляет самого искушенного разработчика.

Вот вкратце основные архитектурные особенности семейства, делающие его популярным как среди разработчиков крупносерийной продукции широкого потребления, так и среди разработчиков уникальных приборов для радиоизмерений, медицины, спорта и тд:

1. Ядро:

Фон - неймоновская архитектура с укороченным набором команд ,16 регистрами общего назначения, 16-битными шинами адреса и данных, 7 режимов адресации - все эти особенности наделяют ядро максимальными функциональными возможностями, поистине уникальными в мире микроконтроллеров.

Концепция данного ядра не нова, выпустив в начале 90-х  первые образцы микроконтроллеров MSP430, инженеры из Texas Instruments решили использовать уже на тот момент удачно себя зарекомендовавшую архитектуру PDP-11, работавшую в одноименных микрокомпьютерах, выпускавшихся DEC с 1970 по 1990-е годы:

На фото Кен Томпсон (стоит) и Денис Ричи (за работой на компьютере PDP-11, один из авторов Си)  Размеры впечатляют, но дискретные логические элементы фирма Texas Instruments переместила на общую подложку субмиллиметровой площади.

1.1 RISC or CISC ?

Строго говоря, RISC система команд, заявленная производителем имеет также черты и CISC так как в зависимости от режима адресации (которых всего 7) длина одной и той же команды, но с разными режимами адресации может различаться. Однако это является платой за отличную ортогональность системы команд, которая особенно важна при использовании языка программирования Си. И позволяет создавать более компактный код так как теперь появляется возможность в одной команде применить все 7 различных способов адресации и источника и назначения результата операции.

1.2 Harvard or Von-Neuman ?

Делить (Harvard) или не делить (Von-Neuman) адресное пространство для памяти данных и памяти программ ? Памятуя о своей цели сделать универсальный микроконтроллер, инженеры Texas Instruments сделали выбор в пользу второй (Von-Neuman) архитектуры. Ведь хотя первая более высокоскоростная, вторая позволяет без лишних команд записывать данные в собственную флэш память и запускать код из RAM точно так же как и из ROM, что позволяет создавать свои очень компактные загрузчики для обновления ПО. К разнообразнейшей периферии и вообще всему, что угодно ядро может обращаться всего лишь по двум шинам - адресной и данных используя стандартный набор команд. Ну и конечно же отличная совместимость с Си. Можно сказать, что фон-неймановская архитектура это наиболее естественная архитектура для компиляторов с Си.

1.3 Регистры ядра

Это конечно: программный счетчик, указатель стека и регистр статуса. Но кроме этого еще и два генератора констант (один совмещен с регистром статуса) и 12 регистров общего назначения, которые  используются для регистровых операций, которые выполняются более быстро, чем операции непосредственно с памятью. Те это своего рода аналог кэш памяти в микропроцессорах для универсальных компьютеров.

Что получает пользователь MSP430:

1. Широчайшая номенклатура кристаллов с различной периферией: UART, SPI, I2C, USB, сигма-дельта и обычные АЦП, ШИМ, множество гибко настраиваемых таймеров, различные обьемы памяти и цены благодаря чему Вы имеете возможность легко масштабировать свои разработки, не меняя основной платформы.
2. Единое для всех представителей 16-разрядное вычислительное ядро с RISK набором команд и тактовой частотой до 25 Мгц, что обеспечивает Вам высокую производительность.
3. Единое адресное пространство для команд, данных, регистров и периферии, что позволяет использовать стройную систему команд для способов адресации и более компактный код.
4. Имеется множество периферийных аппаратных блоков, предназначенных для ускорения обработки данных, таких как аппаратный умножитель, блок DMA, что еще более повышает производительность.
5. Очень гибкая система тактирования, призванная обеспечить отличные параметры энергопотребления с сохранением всех необходимых функций спящего режима.
6. Наличие удобного отладочного интерфейса и средств разработки, что позволяет полностью контролировать внутренности микросхемы и ход программы.

Продолжение следует...