Giới thiệu MCU

MCU là gì ? nó viết tắt của microcontroller unit – bộ vi tinh chỉnh và điều khiển MCU là một máy tính nhỏ dại trên một chip cung cấp dẫn tích hợp. Trong thuật ngữ hiện đại, nó tựa như nhưng nhát tinh vi hơn các khối hệ thống trên chip SoC. Một vi điều khiển chứa một hoặc những CPU (lõi cỗ xử lý) thuộc với bộ lưu trữ và những thiết bị nước ngoài vi đầu vào/ áp sạc ra được lập trình.

Bạn đang xem: Mcu là gì? hoạt động trong hội nghị truyền hình đa điểm như thế nào?

Bộ ghi nhớ chương trình tàng trữ như RAM, flash NOR hoặc ROM OTP cũng hay được bao hàm trên chip. Bộ vi điều khiển và tinh chỉnh MCU được thiết kế cho những ứng dụng nhúng, trái ngược với cỗ vi cách xử lý được áp dụng trong đồ vật tính cá thể hoặc các ứng dụng mục tiêu khác.

Vi điều khiển được sử dụng trong các sản phẩm và thiết bị điều khiển và tinh chỉnh tự động, như hệ thống điều khiển hộp động cơ ô tô, lắp thêm y tế cấy ghép, tinh chỉnh từ xa, thiết bị văn phòng, dụng cụ điện, đồ chơi và các khối hệ thống nhúng khác.

Bằng giải pháp giảm kích thước và giá cả so với thiết kế sử dụng bộ vi xử lý, bộ nhớ và đồ vật đầu vào/đầu ra riêng biệt, bộ vi tinh chỉnh và điều khiển giúp tiết kiệm ngân sách và chi phí cho những thiết bị. Trong bối cảnh internet vạn vật (IoT), vi điều khiển và tinh chỉnh MCU là một phương án kinh tế và phổ biến, chào đón dữ liệu cảm ứng và kích hoạt những thiết bị theo lập trình.

Một số vi điều khiển rất có thể sử dụng 4 bit và chuyển động ở tần số phải chăng như 4 kHz, mang lại mức tiêu thụ năng lượng điện năng rẻ (một con số milliwatt hoặc microwatt). Chúng thường có chức năng chờ đón một sự kiện như thừa nhận nút hoặc ngắt. Nhờ tiêu thụ tích điện trong cơ chế chờ tốt (đồng hồ nước CPU và đa số các máy ngoại vi tắt) khiến cho chúng rất phù hợp cho các ứng dụng áp dụng pin cần thời gian hoạt động dài.

Các cỗ vi điều khiển và tinh chỉnh khác cũng rất có thể phục vụ những vai trò quan trọng đặc biệt về hiệu năng, trong đó chúng rất có thể cần vận động giống như cỗ xử lý dấu hiệu số (DSP), với vận tốc xung nhịp cao hơn và tiêu thụ điện năng nhiều hơn.

Lịch sử cải tiến và phát triển MCU

Một cuốn sách ghi nhận các kỹ sư TI Gary Boone với Michael Cochran với việc tạo thành công bộ vi điều khiển đầu tiên vào năm 1971. Kết quả công việc của chúng ta là TMS 1000, được buôn bán trên thị trường vào năm 1974. Nó kết hợp bộ nhớ lưu trữ chỉ đọc, bộ lưu trữ đọc/ghi, bộ xử lý và đồng hồ thời trang trên một chip và được nhắm kim chỉ nam vào các khối hệ thống nhúng.

Trong trong năm đầu mang lại giữa thập niên 1970, những nhà thêm vào thiết bị điện tử Nhật bạn dạng đã ban đầu sản xuất bộ vi điều khiển cho ô tô, bao gồm MCU 4 bit trong xe hơi, buộc phải gạt nước từ động, khóa điện tử, bảng tinh chỉnh và điều khiển và MCU 8 bit để tinh chỉnh động cơ.

Một phần để đáp ứng với sự vĩnh cửu của MCU TMS 1000, intel đã cải cách và phát triển một hệ thống máy tính trên cpu được tối ưu hóa cho những ứng dụng điều khiển, hãng intel 8048, được thương mại dịch vụ lần trước tiên vào năm 1977. Nó kết hợp RAM với ROM trên thuộc một con chip với bộ vi xử lý. Nó được ứng dụng thoáng rộng với rộng một tỷ bàn phím PC. Vào thời điểm đó, quản trị của Intel, Luke J. Valenter, đã tuyên ba rằng vi điều khiển (MCU) là một trong những sản phẩm thành công nhất trong lịch sử của khách hàng và ông đang mở rộng túi tiền phát triển giành riêng cho bộ vi điều khiển thêm 25%.

*
Vi điều khiển và tinh chỉnh ATmega

Hầu hết những vi tinh chỉnh và điều khiển tại thời điểm này có các trở nên thể. Một vài nhiều loại có bộ nhớ lưu trữ chương trình EPROM, với một hành lang cửa số thạch anh vào suốt có thể chấp nhận được nó có thể xóa lúc tiếp xúc với tia rất tím Những con chip có thể xóa được thường được sử dụng trong nguyên mẫu.

Biến thể khác là ROM hoặc PROM trở thành thể chỉ được xây dựng một lần. Về sau, thỉnh thoảng thuật ngữ OTP được sử dụng, viết tắt của “lập trình một lần”. Vào một vi điều khiển OTP, PROM thông thường sẽ có cùng nhiều loại với EPROM, tuy nhiên chip không có cửa sổ thạch anh; nên nó không thể bị xóa. Những phiên bạn dạng có thể xóa được yêu thương cầu các có hành lang cửa số thạch anh, chúng đắt hơn đáng nói so với những phiên phiên bản OTP.

Công nghệ EEPROM đã gồm sẵn trước thời khắc này, nhưng EEPROM đắt hơn và yếu bền hơn, khiến nó không cân xứng với những bộ vi điều khiển và tinh chỉnh sản xuất mặt hàng loạt giá cả thấp. Cùng năm đó, Atmel đã giới thiệu bộ vi điều khiển đầu tiên sử dụng bộ nhớ Flash, một loại EEPROM quánh biệt. Các công ty khác lập cập làm theo với tất cả hai loại cỗ nhớ.

Ngày nay, vi tinh chỉnh và điều khiển có giá bèo và sẵn có cho người có sở thích, cùng với các xã hội trực tuyến phệ xung quanh những bộ cách xử lý nhất định.

Số lượng và giá thành sản xuất MCU

Năm 2002, khoảng 55% toàn bô CPU được chào bán trên thế giới là cỗ vi điều khiển và bộ vi xử lý 8 bit.

*
Một vi điều khiển 8-bit bao gồm 1 CPU chạy ở 12 MHz, 128 byte của RAM , 2048 byte của EPROM , và I / O trong cùng một chip

Hơn nhì tỷ bộ vi tinh chỉnh 8 bit đã được bán vào thời điểm năm 1997, với theo Semico, hơn tư tỷ cỗ vi điều khiển và tinh chỉnh 8 bit đã có bán những năm 2006. Sát đây, Semico đã tuyên bố thị trường MCU tăng 36,5% trong năm 2010 và 12% trong năm 2011.

Một ngôi nhà nổi bật ở một tổ quốc phát triển rất có thể chỉ bao gồm bốn bộ vi xử lý đa chức năng nhưng có khoảng ba chục cỗ vi điều khiển. Một dòng ôtô cỡ trung bình thông thường có tầm khoảng 30 cỗ vi điều khiển. Chúng cũng có thể được search thấy trong không ít thiết bị điện như máy giặt, lò vi sóng với điện thoại.

Trong kế hoạch sử, phân khúc thị trường 8 bit sẽ thống trị thị phần MCU. Năm 2011 vi tinh chỉnh và điều khiển 16 bit biến chuyển loại MCU có khối lượng lớn nhất, lần đầu tiên vượt qua các thiết bị 8 bit IC Insights tin rằng thị trường MCU sẽ trải qua những chuyển đổi đáng kể trong năm năm tới với những thiết bị 32 bit liên tục chiếm thị phần nhiều hơn về doanh thu và khối lượng đơn vị.

Vào năm 2017, MCU 32 bit chiếm 55% doanh số của vi tinh chỉnh và điều khiển Và ​​chiếm 38% trong tống số lô hàng vi tinh chỉnh và điều khiển trong năm 2017, trong khi những thiết bị 16 bit sẽ thay mặt 34% tổng số thiết kế và 4/8 bit được dự kiến là 28% số đơn vị chức năng được bán những năm đó.

Thị trường MCU 32 bit dự kiến ​​sẽ tăng nhanh do yêu cầu về độ đúng chuẩn cao hơn trong các hệ thống xử lý nhúng cùng sự tăng trưởng trong liên kết sử dụng mạng internet IoT. Trong vài năm tới, MCU 32 bit phức hợp dự kiến ​​sẽ chiếm hơn 25% năng suất xử lý vào xe hơi.

Chi phí sản xuất MCU

Có thể bên dưới 0,1 đô la mỗi 1-1 vị. Chi phí đã tụt giảm mạnh theo thời gian, với giá bèo nhất 8-bit vi tinh chỉnh và điều khiển là tất cả sẵn với mức giá dưới 0,03 USD vào thời điểm năm 2018, và một số 32-bit vi điều khiển và tinh chỉnh khoảng $ 1 cho số lượng tương tự.

Vào năm 2012, sau đó 1 cuộc rủi ro toàn cầu, một sự sụt giảm lợi nhuận hàng năm tồi tệ độc nhất vô nhị và giá bán trung bình sút 17%, giảm tốc nhất kể từ những năm 1980, giá trung bình cho 1 vi điều khiển và tinh chỉnh là 0,88 đồng đôla (0,69 đô la cho 4 – 8 bit, 0,59 đô la mang đến 16 bit, 1,76 đô la mang đến 32 bit). Năm 2012, lợi nhuận bán vi điều khiển và tinh chỉnh 8 bit bên trên toàn nhân loại là khoảng tầm 4 tỷ USD, trong những khi đó, vi điều khiển 4 bit cũng có thể có doanh số đáng kể.

Trong năm 2015, những bộ vi điều khiển và tinh chỉnh 8 bit có thể được mua với cái giá $ 0,11 (1.000 đơn vị), 16-bit với mức giá $ 0,385 (1.000 đối kháng vị) với 32-bit với giá $ 0,378 (1.000 đơn vị, nhưng ở tại mức $ 0,35 cho 5.000).

Trong năm 2018, những bộ vi điều khiển và tinh chỉnh 8 bit có thể được mua với cái giá 0,03 đô la, 16 bit với mức giá 0,393 (1.000 đối chọi vị, nhưng ở tại mức 0,563 đô la mang lại 100 hoặc 0,349 cho 1 cuộn 2.000), với 32 bit với mức giá 0,503 (1.000 đối chọi vị, nhưng tại mức $ 0,466 mang lại 5.000). Một số trong những bộ vi tinh chỉnh 32 bit có giá bèo hơn, tính theo đơn vị chức năng một, rất có thể có giá chỉ $ 0,891.

Máy tính nhỏ tuổi nhất rứa giới

*

Vào ngày 21 tháng 6 năm 2018, “máy tính nhỏ dại nhất núm giới” đã có được Đại học tập Michigan công bố. Trang bị này là “hệ thống cảm ứng không dây cùng pin có form size 0,04mm3 năng suất 16nW với bộ xử lý Cortex-M0 + tích phù hợp và tiếp xúc quang học” Nó tất cả kích thước nhỏ hơn một phân tử gạo.

Thiết bị được tích vừa lòng RAM, tế bào quang điện, bộ xử lý và cỗ truyền phát ko dây . Bởi vì chúng quá nhỏ dại để lắp thêm ăng ten vô đường thông thường, chúng nhận cùng truyền tài liệu bằng ánh sáng. Sản phẩm công nghệ này có form size bằng 1/10 so với máy tính có kích thước kỷ lục thế giới được IBM tuyên tía trước đó trong tháng 3 năm 2018, nó bao gồm một triệu bóng bán dẫn, ngân sách chi tiêu sản xuất thấp rộng 0,1 đô la.

Thiết kế nhúng là gì

Một vi điều khiển hoàn toàn có thể được xem là một khối hệ thống khép kín đáo với cỗ xử lý, bộ nhớ và những thiết bị ngoại vi và có thể được sử dụng như một hệ thống nhúng. Phần nhiều các cỗ vi tinh chỉnh và điều khiển đang sử dụng thời nay được nhúng vào các máy móc khác, như ô tô, năng lượng điện thoại, thiết bị với thiết bị ngoại vi cho các khối hệ thống máy tính.

Trong khi 1 số hệ thống nhúng khôn xiết tinh vi, nhiều hệ thống có yêu thương cầu buổi tối thiểu về cỗ nhớ, không tồn tại hệ quản lý điều hành và độ phức tạp phần mềm thấp. Những thiết bị nguồn vào và áp sạc ra điển hình bao gồm công tắc, rơle, solenoids, đèn LED, màn hình tinh thể lỏng bé dại hoặc tùy chỉnh, sản phẩm tần số vô tuyến đường và cảm biến cho dữ liệu như nhiệt độ, độ ẩm, mức độ ánh sáng, vv

Các khối hệ thống nhúng thường không có bàn phím, màn hình, ổ cứng, vật dụng in hoặc những thiết bị I/O dễ nhận biết khác của dòng sản phẩm tính cá nhân.

Ngắt vi điều khiển và tinh chỉnh MCU là gì

Vi điều khiển và tinh chỉnh phải cung cấp phản ứng thời gian thực (có thể dự kiến được, mặc dù không tốt nhất thiết bắt buộc nhanh) đối với các sự khiếu nại trong hệ thống nhúng mà bọn chúng đang điều khiển.

Khi một số trong những sự kiện xảy ra, một hệ thống ngắt rất có thể báo hiệu cho bộ xử lý tạm dừng xử lý chuỗi lệnh hiện tại và ban đầu một dịch vụ thương mại ngắt (ISR hoặc “trình giải pháp xử lý ngắt”) vẫn thực hiện ngẫu nhiên xử lý làm sao được yêu cầu dựa vào nguồn của ngắt, trước khi quay lại chuỗi lệnh ban đầu.

Các mối cung cấp ngắt có thể phụ ở trong vào thiết bị cùng thường bao gồm các sự kiện như tràn bộ đếm thời hạn bên trong, trả thành biến đổi tương trường đoản cú sang kỹ thuật số, đổi khác mức ngắn gọn xúc tích trên đầu vào như nút được nhấn và tài liệu nhận được trên links truyền thông.

Trong trường đúng theo tiêu thụ năng lượng thấp, các ngắt cũng rất có thể đánh thức vi điều khiển khỏi tinh thần ngủ năng suất thấp nơi bộ xử lý bị dừng cho tới khi được yêu ước làm điều nào đấy bởi một sự khiếu nại ngoại vi.

Chương trình lập trình mang lại MCU

Thông thường những chương trình được lập trình cho vi tinh chỉnh và điều khiển phải phù hợp với bộ nhớ trên chip bao gồm sẵn, vày sẽ tốn hèn khi máy một hệ thống với bộ lưu trữ ngoài, có thể mở rộng.

Trình biên dịch được sử dụng để biến đổi cả mã ngữ điệu cấp cao và mã assembly thành mã máy nhỏ dại gọn để lưu trữ trong bộ nhớ lưu trữ của bộ vi tinh chỉnh MCU. Tùy trực thuộc vào thiết bị, bộ lưu trữ chương trình rất có thể là vĩnh viễn, bộ lưu trữ chỉ gọi chỉ hoàn toàn có thể được lập trình tại nhà máy hoặc hoàn toàn có thể là bộ nhớ lưu trữ flash bao gồm thể chuyển đổi hoặc bộ nhớ chỉ đọc hoàn toàn có thể xóa.

Các nhà cung cấp thường sản xuất những phiên bạn dạng đặc biệt của bộ tinh chỉnh MCU của họ để giúp đỡ phát triển phần cứng và ứng dụng của khối hệ thống đích. Lúc đầu chúng bao gồm các phiên bản EPROM gồm “cửa sổ” trên đỉnh thiết bị, qua đó bộ nhớ chương trình có thể bị xóa bởi ánh sáng cực tím , sẵn sàng chuẩn bị để lập trình lại sau một quy trình lập trình (“ghi”) và kiểm tra. Từ thời điểm năm 1998, các phiên bạn dạng EPROM hiếm hoi và đang được thay thế bằng EEPROM với flash, dễ thực hiện hơn (có thể xóa bằng điện tử) cùng rẻ hơn nhằm sản xuất.

Các phiên phiên bản khác của chương trình hoàn toàn có thể có sẵn lúc ROM được truy cập như một thiết bị bên phía ngoài thay vì bộ lưu trữ trong, tuy vậy những phiên bản này đã trở phải hiếm do sự sẵn có rộng thoải mái của các lập trình viên vi điều khiển và tinh chỉnh giá rẻ.

Việc sử dụng các thiết bị xây dựng trên bộ vi tinh chỉnh và điều khiển MCU có thể cho phép update chương trình firmware hoặc cho phép sửa đổi so với các sản phẩm đã được thêm ráp nhưng không được xuất xưởng. Bộ lưu trữ lập trình được cũng giảm thời hạn dẫn cần thiết để thực hiện một thành phầm mới.

Một bộ vi tinh chỉnh và điều khiển MCU tùy chỉnh cấu hình kết hòa hợp một khối logic kỹ thuật số rất có thể được cá thể hóa cho kĩ năng xử lý bổ sung, những thiết bị ngoại vi cùng giao diện phù hợp với yêu ước của ứng dụng. Một ví dụ là AT91CAP trường đoản cú Atmel .

Các kỹ năng khác của vi tinh chỉnh và điều khiển MCU

MCU thường chứa từ vài ba đến hàng chục chân đầu vào/đầu ra cho mục tiêu chung (GPIO). Những chân GPIO bao gồm thể cấu hình theo trạng thái đầu vào hoặc đầu ra. Khi các chân GPIO được thông số kỹ thuật ở tinh thần đầu vào, chúng thường được áp dụng để đọc các cảm biến hoặc tín hiệu mặt ngoài. Được cấu hình ở tâm lý đầu ra, chân GPIO có thể điều khiển các thiết bị phía bên ngoài như led hoặc hễ cơ, tuy thế thường là gián tiếp thông qua các linh phụ kiện công suất cao bên ngoài.

Nhiều hệ thống nhúng bắt buộc đọc các cảm ứng tạo ra bộc lộ tương tự. Đây là mục tiêu của bộ đổi khác tương tự quý phái số (ADC). Vì chip xử lý được thiết kế để lý giải và xử lý dữ liệu số, có nghĩa là 1 cùng 0, bắt buộc chúng quan yếu làm bất cứ điều gì với những tín hiệu tương tự hoàn toàn có thể được gửi đến thiết bị.

Vì vậy, bộ biến hóa tương tự quý phái số được thực hiện để đổi khác dữ liệu đến thành một dạng mà bộ xử lý hoàn toàn có thể nhận ra. Một bản lĩnh ít thịnh hành hơn trên một vài bộ vi tinh chỉnh và điều khiển là bộ thay đổi tín hiệu số sang tựa như (DAC) được cho phép bộ xử lý phát tín hiệu giống như hoặc mức điện áp.

Ngoài các bộ gửi đổi, nhiều bộ vi xử lý nhúng cũng bao gồm nhiều bộ định thời không giống nhau. Trong số những loại cỗ định thời phổ cập nhất là bộ định thời PIT. Cỗ PIT có thể đếm ngược từ một vài giá trị về 0 hoặc tối đa dung lượng của thanh ghi đếm về 0. Lúc nó đạt đến 0, nó sẽ gửi một ngắt đến bộ xử lý chỉ ra rằng nó đã kết thúc đếm. Điều này khôn xiết hữu ích cho những thiết bị như máy điều chỉnh nhiệt, thời hạn kiểm tra ánh nắng mặt trời xung quanh bọn chúng để coi chúng gồm cần bật điều hòa, bật máy sưởi, v.v.

Khối điều cơ chế rộng xung chuyên được sự dụng (PWM) giúp CPU rất có thể điều khiển bộ thay đổi công suất , sở hữu điện trở , động cơ , v.v. Mà lại không cần sử dụng nhiều tài nguyên CPU trong số vòng lặp hứa giờ chặt chẽ.

Một khối thu/phát không đồng bộ (UART) chất nhận được nhận và truyền dữ liệu sang 1 kết nối tiếp nối với rất ít sở hữu trên CPU. Phần cứng trên những vi điều khiển MCU chuyên được dùng cũng thường bao gồm các khả năng tiếp xúc với các thiết bị (chip) không giống ở các định dạng kỹ thuật số như Mạch tích đúng theo (I²C), giao diện ngoại vi tiếp liền (SPI), Bus thông suốt vạn năng (USB) với Ethernet .

MCU Tích hòa hợp cao

Bộ vi điều khiển MCU hoàn toàn có thể không triển khai địa chỉ bên ko kể hoặc bus dữ liệu vì chúng tích hòa hợp RAM và bộ lưu trữ không mất tài liệu trên cùng một chip với CPU. Thực hiện ít chân hơn, chip hoàn toàn có thể được để trong một gói bé dại hơn, rẻ rộng nhiều.

*
Vi điều khiển CMOS dựa vào cơ sở PIC12C508 8 bit, tích đúng theo EEPROM/EPROM/ROM bởi vì Microchip Technology thêm vào bằng quy trình 1200 nanomet

Tích hợp bộ nhớ và các thiết bị nước ngoài vi khác trên một chip duy nhất làm tăng túi tiền của cpu đó, nhưng thường dẫn đến sút toàn bộ giá cả tổng của hệ thống nhúng. Ngay cả khi giá thành CPU có những thiết bị nước ngoài vi tích hợp cao hơn nữa một chút so với ngân sách của CPU và những thiết bị nước ngoài vi bên ngoài, vấn đề có ít chip hơn thường cho phép một bảng mạch bé dại hơn cùng rẻ hơn, và giảm thời gian cần thiết để lắp ráp và soát sổ bảng mạch, có xu thế giảm tỷ lệ lỗi gắn thêm ráp trả thiện.

Bộ vi điều khiển MCU là 1 trong những mạch tích phù hợp đơn, hay có những tính năng sau:

Đơn vị cách xử trí trung trung ương – từ nhỏ dại và đơn giản dễ dàng 4-bit đến phức hợp 32-bit hoặc 64-bitBộ ghi nhớ truy xuất bỗng nhiên (RAM)ROM , EPROM , EEPROM hoặc bộ nhớ Flash để tàng trữ chương trình vận hànhCác đầu vào và cổng đầu ra riêng biệt, chất nhận được kiểm kiểm tra hoặc phát hiện trạng thái logic của một chân riêng lẻCổng tiếp nối đầu vào/đầu ra như cổng nối liền (UARTs)Các tiếp xúc truyền thông nối tiếp khác như I²C , giao diện ngoại vi tiếp liền và Mạng để kết nối hệ thốngCác khối ngoại vi như bộ hẹn giờ, cỗ đếm sự kiện, bộ tạo PWM và bộ giám sátBộ tạo xung nhịp – thường là bộ tạo xê dịch tinh thể thạch anh, bộ cộng tận hưởng hoặc mạch RCĐôi khi thường bao hàm bộ biến đổi tương tự sang trọng số, một số bao hàm bộ biến hóa kỹ thuật số quý phái tương tựMạch lập trình và mạch cung ứng gỡ lỗi

Việc tích thích hợp này làm giảm đáng kể số lượng chip với số lượng không gian bảng mạch cùng dây điện cần thiết để cấp dưỡng các khối hệ thống tương đương bằng cách sử dụng các chip riêng rẽ biệt. Rộng nữa, quan trọng trên các thiết bị năng lượng thấp, từng chân (pin) hoàn toàn có thể giao tiếp với một số trong những thiết bị ngoại vi bên trong, với tính năng pin được lập trình bởi phần mềm. Điều này cho phép các chân MCU được sử dụng trong vô số ứng dụng hơn so với các chân có tính năng chuyên dụng.

Bộ vi tinh chỉnh và điều khiển MCU đang được chứng minh là rất thịnh hành trong các hệ thống nhúng kể từ lúc được reviews vào trong thời gian 1970.

Một số bộ vi tinh chỉnh và điều khiển MCU sử dụng phong cách thiết kế Harvard : các bus bộ nhớ riêng để hướng dẫn và dữ liệu, cho phép truy cập diễn ra đồng thời. Khi thực hiện kiến ​​trúc Harvard, các chỉ dẫn cho bộ xử lý rất có thể có kích thước bit không giống với chiều nhiều năm của bộ nhớ trong và những thanh ghi; ví dụ: gợi ý 12 bit được áp dụng với các thanh ghi tài liệu 8 bit.

Các nhà tiếp tế vi tinh chỉnh MCU thường kiến thiết tần số chuyển động và khối hệ thống linh hoạt trước các yêu cầu từ thị trường của người tiêu dùng và nên cân bằng nhu cầu giảm thiểu kích thước chip so với tính năng bổ sung.

Kiến trúc vi tinh chỉnh MCU cực kỳ khác nhau. Một vài thiết kế bao hàm các lõi vi cách xử trí đa năng, với cùng một hoặc nhiều tác dụng ROM, RAM hoặc I/O được tích hợp. Một tập lệnh của cục vi tinh chỉnh và điều khiển MCU thường có rất nhiều hướng dẫn để làm cho các chương trình điều khiển bé dại gọn hơn.

Ví dụ, cỗ MCU nhiều năng hoàn toàn có thể yêu cầu một số trong những hướng dẫn để bình chọn một bit vào thanh ghi nếu bit được đặt, trong số đó MCU có thể có một lệnh duy nhất để cung cấp chức năng thường được yêu thương cầu.

Theo truyền thống, vi điều khiển không tồn tại bộ xử lý toán học, vì chưng vậy những phép toán lốt phẩy rượu cồn được triển khai bằng phần mềm. Mặc dù nhiên, một số kiến thiết gần đây bao hàm các thiên tài được tối ưu hóa của FPU cùng DSP. Một ví dụ là dòng dựa trên PIC32 MIPS của Microchip.

Môi trường lập trình sẵn MCU là gì ?

*

Các cỗ vi điều khiển ban sơ chỉ được lập trình bằng ngữ điệu assembly, nhưng các ngôn ngữ lập trình v.i.p khác, như C , Python với JavaScript, hiện cũng được sử dụng phổ cập cho vi điều khiển và tinh chỉnh và các hệ thống nhúng.

Trình biên dịch cho những ngôn ngữ cao cấp thường đã có một trong những hạn chế nhưng cũng có thể có một số cải tiến để cung ứng tốt hơn các đặc tính của vi điều khiển. Một số trong những vi điều khiển có môi trường xung quanh để hỗ trợ phát triển ứng dụng. Các nhà hỗ trợ vi tinh chỉnh và điều khiển thường cung ứng các lý lẽ miễn mức giá để thuận lợi lập trình và áp dụng trên hartware của họ.

Các cỗ vi tinh chỉnh và điều khiển có phần cứng sệt biệt có thể yêu cầu những ngôn ngữ không chuẩn của riêng họ, ví dụ như SDCC cho 8051. Các trình biên dịch cũng hoàn toàn có thể chứa các tính năng ko tiêu chuẩn, chẳng hạn như MicroPython.

Phần mượt biên dịch cũng có thể có sẵn cho một số trong những vi điều khiển. Ví dụ, BASIC trên các bộ vi điều khiển và tinh chỉnh MCU intel 8052 ; BASIC và FORTH bên trên Zilog Z8 cũng như một số sản phẩm công nghệ hiện đại. Thông thường các trình biên dịch cung ứng lập trình xúc tiến .

Mô phỏng gồm sẵn cho một vài vi điều khiển. Điều này có thể chấp nhận được nhà phát triển phân tích hành vi của vi tinh chỉnh và điều khiển và chương trình của mình sẽ ra làm sao trong thực tế. Một trình đưa lập sẽ hiển thị trạng thái cỗ xử lý bên phía trong và cả tâm trạng đầu ra, cũng như được cho phép các tín hiệu đầu vào được tạo ra.

Mặc dù phần nhiều các trình mang lập sẽ bị hạn chế bởi không thể mô phỏng đa số cứng khác biệt trong một hệ thống, chúng có thể thực hiện các điều khiếu nại khó hoàn toàn có thể tái tạo thành theo cách triển khai trong thực tế và rất có thể là cách sớm nhất có thể để gỡ lỗi với phân tích các vấn đề.

Các bộ vi điều khiển cách đây không lâu thường được tích phù hợp với mạch gỡ lỗi trên cpu khi được trình trả lập vào mạch (ICE) truy vấn thông qua JTAG , cho phép gỡ lỗi firmware với trình gỡ lỗi. ICE thời hạn thực bao gồm thể cho phép xem hoặc làm việc các trạng thái nội bộ trong lúc chạy. ICE tầm nã tìm hoàn toàn có thể ghi lại công tác đã tiến hành và tâm trạng MCU trước/sau điểm kích hoạt.

Các nhiều loại vi điều khiển và tinh chỉnh MCU phổ biến

Có mặt hàng tá con kiến ​​trúc và nhà cấp dưỡng vi điều khiển và tinh chỉnh bao gồm:

ARM bộ vi xử lý core processors (nhiều nhà sản xuất)ARM Cortex-M cores sử dụng cho các ứng dụng cụ thể khác nhauMicrochip giải pháp công nghệ Atmel AVR (8-bit), AVR32 (32-bit) với AT91SAM (32-bit)Cypress Semiconductor’s M8C core áp dụng trên các PSoC (Programmable System-on-Chip)Freescale ColdFire (32-bit) cùng S08 (8-bit)Freescale 68HC11 (8-bit) và những loại không giống thuộc họ Motorola 6800Intel 8051 được sản xuất vày NXP Semiconductors và các nhà cung cấp khácInfineon: 8-bit XC800, 16-bit XE166, 32-bit XMC4000 (ARM dựa trên Cortex M4F), 32-bit TriCore và 32-bit Aurix Tricore BitMaxim tích đúng theo MAX32600, MAX32620, MAX32625, MAX32630, MAX32650, MAX32640MIPSMicrochip giải pháp công nghệ PIC, (8-bit PIC16, PIC18, 16-bit dsPIC33 / PIC24), (32-bit PIC32)NXP Semiconductors LPC1000, LPC2000, LPC3000, LPC4000 (32-bit), LPC900, LPC700 (8-bit)Parallax PropellerPowerPC ISERabbit 2000 (8-bit)Renesas Electronics: RL78 16-bit MCU; RX 32-bit MCU; SuperH; V850 32-bit MCU; H8; R8C 16-bit MCUSilicon Laboratories Pipelined 8-bit 8051 cùng ARM-dựa trên 32-bit MCUSTMicroelectronics STM8 (8-bit), ST10 (16-bit), STM32 (32-bit), SPC5 (automotive 32-bit)Texas Instruments TI MSP430 (16-bit), MSP432 (32-bit), C2000 (32-bit)Toshiba TLCS-870 (8-bit/16-bit)

Nhiều vi điều khiển và tinh chỉnh MCU khác tồn trên được áp dụng trong phạm vi vận dụng rất nhỏ nhắn hoặc y hệt như bộ xử lý áp dụng hơn là vi điều khiển. Thị phần vi điều khiển cực kỳ phân mảnh, với rất nhiều nhà cung cấp, công nghệ và thị trường. để ý rằng những nhà cung cấp hoàn toàn có thể bán các kiến ​​trúc vi điều khiển cho các nhà cấp dưỡng khác.

Độ trễ ngắt của MCU là gì

Trái ngược với các máy tính đa năng, các bộ vi điều khiển được áp dụng trong các khối hệ thống nhúng hay tìm biện pháp tối ưu hóa độ trễ ngắt. Bao hàm cả câu hỏi giảm độ trễ và làm cho nó dễ dự kiến hơn (để cung cấp kiểm soát thời gian thực).

Khi một sản phẩm công nghệ gây ra cách quãng (ngắt), các công dụng trung gian (thanh ghi) yêu cầu được lưu lại trước khi phần mềm chịu trách nhiệm xử lý ngắt có thể chạy. Chúng cũng đề xuất được khôi phục sau khoản thời gian xử lý ngắt đó kết thúc.

Nếu có nhiều thanh ghi cỗ xử lý, quá trình lưu trữ và phục hồi này rất có thể mất nhiều thời hạn hơn, làm tăng mức độ trễ. (Nếu ISR ko yêu cầu sử dụng một trong những thanh ghi, nó rất có thể được giữ nguyên thay vị lưu và khôi phục chúng, vị vậy vào trường hợp đó, các thanh ghi kia không tương quan đến độ trễ).

Các cách để giảm độ trễ như yêu cầu ít các tiến trình của lõi cách xử trí (hạn chế chiếm hữu lõi xử lý vày nó làm cho chậm hầu như quá trình xử lý) hoặc tối thiểu là phần cứng không lưu tất cả chúng (điều này không kết quả nếu phần mềm tiếp nối cần buộc phải bù bằng cách lưu phần sót lại “thủ công”).

Một kỹ thuật khác tương quan đến việc thực hiện cổng silicon cho “shadow registers”: Một hoặc các thanh ghi trùng lặp chỉ được áp dụng bởi ứng dụng ngắt, hỗ trợ ngăn xếp siêng dụng.

Các nhân tố khác ảnh hưởng đến độ trễ ngắt bao gồm:

Chu kỳ quan trọng để xong các vận động CPU hiện tại tại. Để giảm thiểu các giá thành đó, cỗ vi tinh chỉnh có xu thế có những đường ống ngắn (pipelines), cỗ đệm ghi nhỏ tuổi và bảo đảm rằng các lệnh dài có thể tiếp tục hoặc có thể khởi động lại. Nguyên tắc kiến tạo của RISC bảo vệ rằng số đông các phía dẫn đều phải sở hữu cùng số chu kỳ, giúp tránh sự quan trọng của quy trình tiếp tục/khởi hễ lại như vậy.

Độ dài của ngẫu nhiên phần đặc trưng cần đề xuất bị gián đoạn. Giảm bớt truy cập kết cấu dữ liệu đồng thời. Một cấu tạo dữ liệu đề xuất được truy vấn bởi một trình giải pháp xử lý ngắt, phần đặc biệt phải ngăn ngắt đó. Theo đó, khi có những ràng buộc bên ngoài cứng đối với độ trễ hệ thống, các nhà cách tân và phát triển thường cần các công chũm để đo độ trễ ngắt và theo dõi phần nào quan trọng đặc biệt gây ra sự chậm trễ chạp.

Một kỹ thuật phổ cập chỉ chặn toàn bộ các ngắt trong thời hạn của phần quan tiền trọng. Điều này dễ thực hiện, nhưng nhiều khi các phần đặc biệt quan trọng trở đề xuất dài một bí quyết khó chịu.

Một kỹ thuật tinh vi hơn chỉ chặn các ngắt hoàn toàn có thể kích hoạt quyền truy cập vào kết cấu dữ liệu đó. Điều này thường xuyên dựa trên các ưu tiên ngắt, có xu thế không tương thích giỏi với các cấu trúc dữ liệu khối hệ thống có liên quan. Theo đó, chuyên môn này được sử dụng hầu hết trong môi trường xung quanh rất hạn chế.

Bộ xử lý hoàn toàn có thể có cung ứng phần cứng cho một vài phần quan tiền trọng. Những ví dụ bao hàm hỗ trợ truy cập vào bit hoặc byte hoặc những hàm truy vấn LDREX / STREX được giới thiệu trong phong cách thiết kế ARMv6 .

Một số vi điều khiển được cho phép ngắt ưu tiên cao hơn nữa để ngắt những ưu tiên thấp hơn. Điều này cho phép phần mềm cai quản độ trễ bằng cách cung cấp các ngắt thời gian đặc trưng ưu tiên cao hơn (và vì vậy độ trễ thấp hơn và dễ dự kiến hơn).

Tỷ lệ kích hoạt. Khi ngắt xẩy ra back-to-back, vi điều khiển rất có thể tránh chu kỳ luân hồi lưu / khôi phục ngữ cảnh bổ sung bằng một bề ngoài tối ưu hóa.

Các bộ vi tinh chỉnh cấp tốt có xu thế độ trễ ngắt ít hơn.

Công nghệ bộ nhớ trên MCU

Hai loại bộ nhớ lưu trữ khác nhau thường xuyên được sử dụng với vi điều khiển, bộ nhớ lưu trữ không mất tài liệu (bộ nhớ chỉ đọc) để tàng trữ phần firmware và bộ nhớ lưu trữ đọc ghi cho dữ liệu tạm thời.

Dữ liệu

Từ những bộ vi tinh chỉnh sớm nhất cho tới ngày nay, SRAM phần lớn luôn được thực hiện làm bộ nhớ làm vấn đề đọc/ghi . FRAM hoặc MRAM có khả năng có thể thay thế sửa chữa vì nó để giúp tiết kiệm chi phí hơn.

Ngoài SRAM, một số bộ vi điều khiển cũng có EEPROM nội bộ để lưu trữ dữ liệu; và thậm chí còn những cái không có (hoặc không đủ) thường xuyên được liên kết với cpu EEPROM bên ngoài (như tem BASIC) hoặc chip bộ nhớ flash mặt ngoài.

Phần sụn firmware của MCU là gì

Các bộ vi điều khiển sớm nhất đã sử dụng ROM để lưu trữ firmware. Các bộ vi điều khiển sau đây (các phiên bạn dạng đầu của Freescale 68HC11 và những bộ vi tinh chỉnh và điều khiển PIC đầu tiên) có bộ nhớ EPROM, áp dụng cửa sổ chất nhận được xóa qua đèn UV, trong khi những phiên bạn dạng sản xuất không có cửa sổ do vậy là OTP (có thể lập trình một lần). Các phiên bản cập nhật firmware rất có thể tương đương với việc sửa chữa thay thế chính vi điều khiển, do đó nhiều sản phẩm không thể nâng cấp được.

Xem thêm: Từ Điển Anh Việt " Traditional Là Gì, Traditional

Motorola MC68HC805 là cỗ vi điều khiển trước tiên sử dụng EEPROM để tàng trữ phần sụn. Cỗ vi tinh chỉnh EEPROM trở nên phổ cập hơn vào khoảng thời gian 1993 khi Microchip giới thiệu PIC16C84 với Atmel trình làng bộ vi điều khiển 8051, lần thứ nhất sử dụng bộ nhớ lưu trữ NOR Flash để lưu trữ firmware. Các bộ vi điều khiển và tinh chỉnh ngày nay phần đông chỉ sử dụng bộ nhớ flash, với một vài MCU thực hiện FRAM với một số phần tử có ngân sách cực tốt vẫn thực hiện OTP hoặc Mask-ROM.