Отмеченные особенности существенно сокращают время вычислений в микроконтроллерах семейства MCS-96 по сравнению с микроконтроллерами других семейств.

В систему команд микроконтроллеров, изготавливаемых по КМДП технологии, входят различные дополнительные команды, в числе которых имеется команда перевода микроконтроллера в энергосберегающие режимы - режим холостого хода и режим пониженного энергопотребления. В режиме холостого хода программа не выполняется, но функционируют все периферийные устройства, при этом потребление энергии от источника питания уменьшается на 60%. В режиме пониженного энергопотребления прекращаются все процессы в микроконтроллере, но сохраняются данные в РОЗУ и ОЗУ. При этом ток потребления составляет единицы микроампер.

С появлением на рынке цифровых интегральных схем микроконтроллеров семейства MCS-96 фирмы Intel перед разработчиками систем, содержащих встроенные микроконтроллеры, открываются новые большие возможности по созданию высоко совершенных, малогабаритных, экономичных и надежных систем, приборов и устройств различного назначения.

Таблица.14. Номенклатура MCS-96

7.2.8.Почему 80C196 быстрее, чем 8051?

Кристаллы 80C196 изготавливаются по более современной технологии (с меньшим размером элементов на кристалле), поэтому достигаются более высокие тактовые частоты. Например, кристалл 80C196NU имеет тактовую частоту 50 МГц, а наиболее быстродействующие из семейства 8051 - 24 МГц

Все 232 внутренних регистра 80C196 имеют статус " аккумуляторов " - к ним можно непосредственно применять все необходимые арифметические и логические операции. У 8051 для достижения тех же результатов зачастую необходимо выполнять дополнительные пересылки в аккумулятор и из него.

У 80C196 можно использовать 16-разрядную внешнюю шину. Кроме того, цикл шины 80C196 в 3-4 раза короче, чем у 8051. В результате, 80C196 в 6-8 раз быстрее работает с внешней памятью. Отметим, что, для того, чтобы снизить стоимость изделий, можно вводить в шину циклы ожидания и сократить ее ширину до 8-ми бит; но даже в этом случае 80C196 будет иметь преимущество в 2-3 раза.

В задачах, требующих 16- и 32-разрядных вычислений, 80C196 примерно на порядок быстрее, поскольку имеет полноценный набор 16-разрядных арифметических инструкций.

Одним из самых эффективных способов сокращения времени разработки программ для микроконтроллеров является применение языка Си. Язык Си базируется на широком использовании стека и указателей. Однако для 8051 использование Си затруднено и ведет к большим накладным расходам, и вот почему. Поскольку 8051 имеет небольшой стек, Си-компиляторы для 8051 генерируют дополнительный код, эмулирующий большой стек во внешней памяти данных. Вдобавок 8051 имеет всего один 16-разрядный указатель - DPTR, и компиляторам также приходится генерировать дополнительный код, чтобы компенсировать этот недостаток. Все это приводит к замедлению программ и увеличению их размера. У 80C196 таких проблем нет - стек имеет размер до 64 КБайт, а в качестве указателя можно использовать любое из 116 слов встроенной регистровой памяти.

8.Особенности программирования микроконтроллеров и процессоров цифровой обработки сигналов.

8.1.1.Общие особенности.

Особенность написания и отладки программного обеспечения для однокристальных микро-ЭВМ (микроконтроллеров) и процессоров цифровой обработки сигналов (ЦПОС) состоит в том, что для этого, как правило, совершенно недостаточно иметь системы, состоящей только из программируемого микроконтроллера или ЦПОС. Это связано с тем, что,

•во-первых, как правило, ресурсов микроконтроллера (объема памяти, быстродействия) не достаточно для размещения и функционироввания даже простейших сервисных программ (редактора текста, транслятора и отладочного монитора) необходимых для написания и отладки программы, если она даже будет нвписана на Ассемблере;

•во вторых, некоторые архитектурные особенности (раздельные области памяти для хранения программ и данных, устройства защиты памяти программ) микроконтроллеров затрудняют или делают просто невозможным редактирование (написание, отладку) программ, по которым они работают.

Все это заставляет при разработке программ для микроконтроллеров использовать специальные средства - называемыми инструментальными средствами разработки и отладки .

В случае построения средств разработки и отладки на базе универсального компьютера становится возможным существенно облегчить разработку программ - использовать языки высокого уровня - C, Паскаль, построить дружественный интерфейс, использовать принципы объектного и визуального программирования и пр. Рассмотрим различные варианты построения инструментальных средств разработки и отладки.

8.2.Типы инструментальных средств разработки и отладки программ для микроконтроллеров и процессоров цифровой обработки сигналов.

К числу основных инструментальных средств отладки относятся:

•Внутрисхемные эмуляторы;

•Программные симуляторы;

•Платы развития;

•Мониторы отладки;

•Эмуляторы ПЗУ.

Данный список не исчерпывает всех типов существующих инструментальных средств отладки. Кроме указанных, существуют и комбинированные устройства и наборы, которые позволяют компенсировать недостатки основных средств, взятых порознь.

8.3.Внутрисхемные эмуляторы.

8.3.1.Принцип работы.

Внутрисхемный эмулятор - программно аппаратное средство, способное замещать собой эмулируемый (моделируемый) процессор в реальной схеме. Внутрисхемный эмулятор - это наиболее мощное и универсальное отладочное средство.

По сути дела, «хороший» внутрисхемный эмулятор делает процесс функционирования отлаживаемого контроллера прозрачным, т.е. легко контролируемым, произвольно управляемым и модифицируемым по воле разработчика.

Обычно стыковка внутрисхемного эмулятора с отлаживаемой системой производится при помощи эмуляционного кабеля со специальной эмуляционной головкой. Эмуляционная головка вставляется вместо микроконтроллера в отлаживаемую систему. Если микроконтроллер невозможно удалить из отлаживаемой системы, то использование эмулятора возможно, только если этот микроконтроллер имеет отладочный режим, при котором все его выводы находятся в третьем состоянии. В этом случае для подключения эмулятора используют специальный адаптер-клипсу, который подключается непосредственно к выводам эмулируемого микроконтроллера.

8.3.2.Классификация внутрисхемных эмуляторов.

Функционально внутрисхемные эмуляторы делятся на

•стыкуемые с внешней вычислительной машиной (обычно это бывает IBM PC), и

•функционирующие автономно.

Автономные внутрисхемные эмуляторы имеют индивидуальные вычислительные ресурсы, средства ввода-вывода, не требуют для своей нормальной работы стыковки с какими-либо внешними вычислительными средствами, но за это пользователю приходится расплачиваться либо существенно более высокой ценой, либо пониженными функциональными и сервисными возможностями по сравнению с аналогичными моделями, стыкуемыми с IBM PC.

8.3.3.Функциональные возможности внутрисхемных эмуляторов.

Набор функциональных возможностей, которые предоставляют разработчику внутрисхемные эмуляторы весьма широк и включает в себя практически все разнообразие функциональных модулей средств разработок.

Также существенно облегчить работу разработчика может наличие в программной оболочке эмулятора встроенного редактора, встроенного менеджера проектов и системы управления. Тогда стирается грань между написанием программы, ее редактированием и отладкой. Переход от редактирования исходного текста к отладке - началу работы собственно эмулятора и обратно происходит «прозрачно» и синхронно с активизацией соответствующих окон, менеджер проектов автоматически запускает компиляцию по мере необходимости и активизирует соответствующие окна программного интерфейса.

При работе внутрисхемного эмулятора в составе интегрированной среды столь же просто можно осуществить и переход к отладке проекта с помощью имеющегося отладчика-симулятора или приступить к занесению в ПЗУ микроконтроллера отлаженной программой.

Некоторые модели внутрисхемных эмуляторов могут предоставлять пользователям и другие дополнительные возможности. Среди них отметим одну, хотя и достаточно специфическую, но в ряде случаев имеющую принципиальное значение: возможность построения многоэмуляторных комплексов, необходимых для отладки мультипроцессорных систем. Отличительной особенностью такого комплекса является возможность синхронного управления (с одного компьютера) несколькими эмуляторами.

8.3.4.Достоинства и недостатки внутрисхемных эмуляторов.

К достоинствам внутрисхемных эмуляторов следует отнести

•широкий набор функциональных возможностей, что делает внутрисхемные эмуляторы наиболее мощным и универсальным средством отладки;

•работу внутрисхемного эмулятора в реальной схеме электронного блока, в котором предполагается робота микроконтроллера или ЦПОС;

•большая гибкость моделирования временных и электрических характеристик микроконтроллера, что связано с преимущественно программным методом их моделирования

Однако внутрисхемные эмуляторы имеют и недостки.

•Основным из них является трудность програмного моделирования электрических сигналов на выводах микроконтроллера в реальном масштабе времени. Для адекватного моделирования быстродействие моделирующего процессора или компьютера должно быть существенно выше, чем эмулируемого микроконтроллера, что достижимо далеко не всегда, особенно в случае эмуляции современных высокопроизводительных ЦПОС и микроконтроллеров.

•Кроме того, даже в случае работы в замедленном масштабе времени, различные модели внутрисхемных эмуляторов могут иметь разного рода ограничения по контролю и управлению функционированием отлаживаемых устройств, что связано струдностью их моделирования. Например, это может быть некорректное обрабатывание прерываний в пошаговом режиме, или запрет на использование последовательного порта и т.п..

8.4.PICE-51.

Возможности "реального" внутрисхемного эмулятора проиллюстрированно на примере модели PICE-51.

8.4.1.Внутрисхемный эмулятор 8-разрядных микроконтроллеров семейства 8051.

PICE-51 - эмулятор нового поколения, созданный с применением новых технологий разработки аппаратуры и программного обеспечения.