PIC18CXX8 — новое семейство CAN-микроконтроллеров фирмы Microchip

Все микросхемы этого семейства планируется выпускать также и в исполнении с FLASH-программной памятью. Безусловно, “рабочими лошадками” этого семейства являются кристаллы PIC18C658 и PIC18C858. Именно в этих микроконтроллерах наиболее оптимально сочетается производительность ядра, многообразие встроенных периферийных модулей и количество портов ввода/вывода. Также следует отметить, что PIC18C258 — самый маленький в мире микроконтроллер со встроенным CAN-модулем.

Основные узлы архитектуры PIC18CXX8

Рассмотрим важнейшие отличия модифицированных узлов ядра PIC18CXX8 от микроконтроллеров серий PIC16XXX и PIC17XXX.

Память

Память программ адресуется с помощью 21-разрядного счётчика команд. Младший бит счётчика команд всегда равен “0”, так как команды имеют только чётные адреса. Наличие 21-разрядного адреса в коде команды позволяет обращаться к любой ячейке памяти непосредственно без переключения страниц. Область памяти выше 200000h отведена под идентификационные номера, регистры калибровки и конфигурации. При выполнении программы можно прочитать содержимое программной памяти, используя команду TBLRD. Идентификационные регистры памяти доступны для чтения даже при установленном бите защиты.

Память данных

Память данных организована как массив 8-разрядных регистров, каждый из которых имеет 12-разрядный адрес. Всё адресное пространство 4096 байт разделено на 16 банков памяти объёмом по 256 байт. Номер адресуемого банка содержится в четырёх младших битах регистра выбора банка (BSR).
Чтобы гарантировать быстрый доступ к наиболее часто используемым данным и к регистрам специальных функций без использования BSR, применяется оригинальное и интересное решение под условным названием “банк ускоренного доступа” (Access Bank). В этот банк включены 128 младших регистров GPR и 128 старших SFR. Специальный “бит доступа” (а=0) в коде команды показывает, что старшие разряды адреса игнорируются и обращение идёт к банку ускоренного доступа, а содержимое BSR игнорируется. Глобальные переменные помещаются именно в банк ускоренного доступа, в так называемую область “AccessRAM”, таким образом повышается производительность работы компиляторов Си.

Стек

Стек расширен до 31-ой ячейки и содержит 5-бит указатель. Во время выполнения команды CALL указатель стека STKPTR увеличивается на единицу, и ячейка стековой памяти, на которую указывает STKPTR, заполняется адресом возврата из счётчика команд PC. При выполнении команды RETURN содержимое стека записывается в PC, и значение указателя уменьшается. Специальные биты статуса устанавливаются, если указатель стека выходит за пределы 0-31. Добавлены также команды непосредственной работы со стеком PUSH и POP. В случаях, если стек полон или исчерпан, возможен сброс процессора.
Очень полезной и интересной особенностью архитектуры PIC18CXX8 является наличие теневого (быстрого) одноуровневого стека. Он используется программой прерывания высокого уровня для одномоментного запоминания содержимого регистров STATUS, WREG и BSR. Если прерывания не используются, теневой стек можно использовать для сохранения STATUS, WREG и BSR при вызове подпрограммы.

Регистр статуса STATUS

В регистре STATUS появились два новых бита: N — отрицательный результат операции и OV — переполнение (показывает изменение состояния седьмого бита значения при выполнении арифметических операций). Расширение условий ветвления даёт дополнительную гибкость программирования и позволяет писать более эффективный код.

Система прерывания

Система прерываний имеет приоритетную векторную структуру. Вектор 000008h соответствует прерыванию с высоким приоритетом, 000018h — с низким и, как обычно, 000000h — RESET. Каждому источнику прерывания соответствуют 3 бита (разрешение, флаг и бит назначения высокого или низкого приоритета). Для прерывания низкого уровня необходимо сохранять содержимое регистров WREG, STATUS и BSR, так как теневой стек должен использоваться только для прерывания высокого уровня.

Генератор тактовых импульсов

Новым устройством узла тактового генератора является схема PLL, умножающая частоту кварцевого резонатора на 4. Устройство PLL может быть выбрано только при установке режима работы тактового генератора “HS”. При использовании кварцевого резонатора на 10 МГц внутренняя частота достигнет 40 МГц. Эту интересную функцию удобно использовать для уменьшения электромагнитного излучения при сохранении высокой скорости выполнения программы.
Для приборов с батарейным питанием важна способность PIC18CXX8 переключать системную тактовую частоту с основного тактового генератора на альтернативный низкочастотный. Обычно в качестве низкочастотного генератора выбирают таймер реального времени T1 на 32,768 кГц. Системная частота переключается битом “s” в регистре управления тактовым генератором OSCCON. Для завершения процесса переключения требуется только восемь тактов. Специальная внутренняя схема устраняет все проблемы, связанные с переключением источников тактовой частоты.

Таймеры

Полностью устранены неудобства работы с 16-разрядными значениями. Достаточно настроить режим работы таймера на запись/чтение 16-разрядного значения. Тогда чтение младшего байта таймера автоматически сохранит значение старшего байта в аппаратном буфере. Чтение с использованием аппаратного буфера позволяет не заботиться о возможном переполнении младшего байта и потере информации в момент чтения. Содержимое буфера можно прочитать следующей командой программы.
Запись нового значения в таймер также начинается с записи данных в буферный регистр. Это значение автоматически переписывается в старший байт таймера при записи нового значения в младший байт. Таймер Т0 имеет полный 16-разрядный режим, но с целью совместимости оставлен и обычный 8-разрядный.

Watchdog таймер (WDT)

WDT полностью отделён от таймера Т0. Режим работы задаётся при программировании битом WDTE. При WDTE=0 watchdog таймер можно включать и выключать под управлением программы с помощью бита SWDTE в регистре WDTCON. Выключение WDT полезно для уменьшения энергопотребления в режиме SLEEP. При выходе из режима SLEEP WDT можно опять включить.

Порты ввода/вывода

В каждый порт ввода/вывода добавлен регистр-защёлка. Это позволило избежать неопределённостей при операциях типа “Read-Modify-Write”. В этом случае данные при чтении берутся из регистра-защёлки, туда же записывается и результат. Выходной сигнал поступает из регистра-защёлки через буферный усилитель на вывод микроконтроллера. Состояние вывода может быть прочитано командой чтения, хотя уровень выходного сигнала на выводе реально зависит от величины нагрузки.

Аппаратный умножитель

С помощью встроенного аппаратного умножителя можно перемножить 2 8-разрядных числа за одну команду программы.

Модуль аналоговых компараторов с источником опорного напряжения

Семейство PIC18CXX8 — одно из немногих PICmicro, в котором одновременно кроме 10-разрядного АЦП содержатся два независимых аналоговых компаратора, аналогично семейству PIC16X62X.

Промышленный стандарт передачи сообщений CAN 2.0B

Промышленный стандарт передачи сообщений CAN 2.0B нашёл наиболее широкое применение в автомобильной промышленности в качестве стандарта передачи информации между электронными узлами автомобиля. Стандарт позволяет соединять устройства различных производителей без необходимости их перенастройки при добавлении или исключении устройства в сети.
Пример: данные о напряжении аккумуляторной батареи, поступающие в CAN-шину от датчика-измерителя, могут быть прочитаны и использованы всеми устройствами, которым нужна эта информация. Приёмник только настраивает внутренний фильтр сообщений своего CAN-контроллера на соответствующий идентификатор.

Уровни протокола передачи данных

• Уровень прикладной программы — получает отфильтрованные сообщения и посылает запросы на получение данных с нужным идентификатором. Интерпретирует полученные данные и использует их для реализации алгоритма пользователя.
• Уровень сообщения — отвечает за фильтрацию сообщений и определение их статуса.
• Транспортный уровень — составляет ядро протокола. Определяет способ передачи принятого сообщения на уровень сообщений и приёма сообщения для передачи по физическому каналу. Транспортный уровень отвечает за битовую синхронизацию, разбивку сообщения по кадрам, доступ к каналу, подтверждение сообщений, и распознавание ошибок.
• Физический уровень — определяет способ передачи битов. В спецификации CAN 2.0B физическая реализация канала оставлена на усмотрение разработчика для оптимизации конкретной системы.