WikiSort.ru - Не сортированное

AVR — семейство восьмибитных микроконтроллеров, ранее выпускаемых фирмой Atmel, затем Microchip. Год разработки — 1996.

История создания архитектуры AVR

Идея разработки нового RISC-ядра принадлежит двум студентам Norwegian University of Science and Technology (NTNU) из норвежского города Тронхейма — Альфу Богену (Alf-Egil Bogen) и Вегарду Воллену (Vegard Wollen). В 1995 году Боген и Воллен решили предложить американской корпорации Atmel, которая была известна своими чипами с Flash-памятью, выпускать новый 8-битный RISC-микроконтроллер и снабдить его Flash-памятью для программ на одном кристалле с вычислительным ядром.

Идея была одобрена Atmel Corp., и было принято решение незамедлительно инвестировать в данную разработку. В конце 1996 года был выпущен опытный микроконтроллер AT90S1200, а во второй половине 1997 г. корпорация Atmel приступила к серийному производству нового семейства микроконтроллеров, к их рекламной и технической поддержке.

Новое ядро было запатентовано и получило название AVR. Существует несколько трактовок данной аббревиатуры. Кто-то утверждает, что это Advanced Virtual RISC, другие полагают, что не обошлось здесь без Alf Egil Bogen Vegard Wollan RISC.

Описание архитектуры

Микроконтроллеры AVR имеют гарвардскую архитектуру (программа и данные находятся в разных адресных пространствах) и систему команд, близкую к идеологии RISC. Процессор AVR имеет 32 8-битных регистра общего назначения, объединённых в регистровый файл. В отличие от «идеального» RISC, регистры не абсолютно ортогональны:

• Некоторые команды работают только с регистрами r16…r31. К ним относятся команды, работающие с непосредственным операндом: ANDI/CBR, ORI/SBR, CPI, LDI, LDS (16-бит), STS (16-бит), SUBI, SBCI, а также SER и MULS;
• Команды, увеличивающие и уменьшающие 16-битное значение (в тех моделях, где они доступны) с непосредственным операндом (ADIW, SBIW), работают только с одной из пар r25:r24, r27:r26 (X), r29:r28 (Y), или r31:r30 (Z);
• Команда копирования пары регистров (в тех моделях, где доступна) работает только с соседними регистрами, начинающимися с нечётного (r1:r0, r3:r2, …, r31:r30);
• Результат умножения (в тех моделях, в которых есть модуль умножения) всегда помещается в r1:r0. Также только эта пара используется в качестве операндов для команды самопрограммирования (где доступна);
• Некоторые варианты команд умножения принимают в качестве аргументов только регистры из диапазона r16…r23 (FMUL, FMULS, FMULSU, MULSU).

Система команд

Система команд микроконтроллеров AVR весьма развита и насчитывает в различных моделях от 90 до 133 различных инструкций.

Большинство команд занимает только 1 ячейку памяти (16 бит).

Большинство команд выполняется за 1 такт.

Всё множество команд микроконтроллеров AVR можно разбить на несколько групп:

• команды логических операций;
• команды арифметических операций и команды сдвига;
• команды операции с битами;
• команды пересылки данных;
• команды передачи управления;
• команды управления системой.

Управление периферийными устройствами осуществляется через адресное пространство данных. Для удобства существуют «сокращённые команды» IN/OUT.

Семейства микроконтроллеров

Стандартные семейства:

• tinyAVR (ATtinyxxx):
  • Флеш-память до 16 Кб; SRAM до 512 б; EEPROM до 512 б;
  • Число линий ввода-вывода 4-18 (общее количество выводов 6-32);
  • Ограниченный набор периферийных устройств.
• megaAVR (ATmegaxxx):
  • Флеш-память до 256 Кб; SRAM до 16 Кб; EEPROM до 4 Кб;
  • Число линий ввода-вывода 23-86 (общее количество выводов 28-100);
  • Аппаратный умножитель;
  • Расширенная система команд и периферийных устройств.
• XMEGA AVR (ATxmegaxxx):
  • Флеш-память до 384 Кб; SRAM до 32 Кб; EEPROM до 4 Кб;
  • Четырёхканальный DMA-контроллер;
  • Инновационная система обработки событий.

Как правило, цифры после префикса обозначают объём встроенной flash-памяти (в КБ) и модификацию контроллера. А именно — максимальная степень двойки, следующая за префиксом, обозначает объём памяти, а оставшиеся цифры определяют модификацию (напр., ATmega128 — объём памяти 128 КБ; ATmega168 — объём памяти 16 КБ, модификация 8; ATtiny44 и ATtiny45 — память 4 КБ, модификации 4 и 5 соответственно).^{[источник не указан 2371 день]}

На основе стандартных семейств выпускаются микроконтроллеры, адаптированные под конкретные задачи:

• со встроенными интерфейсами USB, CAN, контроллером LCD;
• со встроенным радиоприёмопередатчиком — серии ATAxxxx, ATAMxxx;
• для управления электродвигателями — серия AT90PWMxxxx;
• для автомобильной электроники;
• для осветительной техники.

Кроме указанных выше семейств, ATMEL выпускает 32-разрядные микроконтроллеры семейства AVR32, которое включает в себя подсемейства AT32UC3 (тактовая частота до 66 МГц) и AT32AP7000 (тактовая частота до 150 МГц).

Устройства ввода-вывода МК

МК AVR имеют развитую периферию:

• До 86 многофункциональных, двунаправленных GPIO линий ввода-вывода, объединённых в 8-битные порты ввода-вывода. В зависимости от программно-задаваемой конфигурации регистров, могут независимо друг от друга работать в режиме «сильного» драйвера, выдающего или принимающего (на «землю») ток до 40 мА, что достаточно для подключения светодиодных индикаторов. Любой из выводов портов может быть сконфигурирован на «ввод» либо в свободном состоянии, либо с использованием встроенного подтягивающего (на плюс) резистора.
• До 3 внешних источников прерываний (по фронту, срезу, или уровню) и до 32 по изменению уровня на входе.
• В качестве источника тактовых импульсов может быть выбран:
  • керамический или кварцевый резонатор (не у всех моделей);
  • внешний тактовый сигнал;
  • калиброванный внутренний RC-генератор (частота 1, 2, 4, 8 МГц, а также, для некоторых моделей ATtiny — 4,8, 6.4, 9.6 МГц и 128 кГц).
• Внутренняя флеш-память команд до 256 KБ (не менее 10 000 циклов перезаписи).
• Отладка программ осуществляется с помощью интерфейсов JTAG или debugWIRE:
  • сигналы JTAG (TMS, TDI, TDO, и TCK) мультиплексированы на порт ввода-вывода. Режим работы — JTAG или порт — задаётся соответствующим битом в регистре fuses. МК AVR поставляются с включённым интерфейсом JTAG.
• Внутренняя память данных EEPROM до 4 КБ (ATmega/ATxmega)/512 байт (ATtiny) (до 100 000 циклов перезаписи).
• Внутренняя память SRAM до 32 KБ (ATxmega)/16 Кб (ATmega)/1 Кб (ATtiny) c временем доступа 2 такта.
• Внешняя память объёмом до 64 КБ (ATmega8515, ATmega162, ATmega640, ATmega641, ATmega1280, ATmega1281, ATmega2560, ATmega256).
• Таймеры c разрядностью 8, 16 бит.
• ШИМ-модулятор (PWM) 8-, 9-, 10-, 16-битный.
• Аналоговые компараторы.
• АЦП (ADC) с дифференциальными входами, разрядность 8 (ATtiny)/10 (ATtiny/ATmega)/12 (ATxmega) бит:
  • программируемый коэффициент усиления перед АЦП 1, 10 и 200 (в дифференциальном режиме);
  • в качестве опорного напряжения могут выступать: напряжение питания, внешнее напряжение, или внутреннее некалиброванное опорное напряжение около 2,56 В (для моделей, имеющих минимальное напряжение питания от 2,7 В и выше) либо 1,1 В (с минимальным напряжением питания 1,8 В).
• Различные последовательные интерфейсы, включая:
  • двухпроводной интерфейс TWI, совместимый с I²C;
  • универсальный синхронно/асинхронный приёмопередатчик UART/USART;
  • синхронный последовательный порт Serial Peripheral Interface (SPI).
• USB серия AT90USBxxxx.
• CAN серия AT90CANxxx.
• LCD серии ATmega169 и ATmega329.
• Датчики температуры ATtiny25, ATtiny45, ATtiny85.
• Почти все (за исключением некоторых ранних моделей ATtiny, у которых перепрограммирование идёт по особому интерфейсу) поддерживают внутрисхемное программирование (ISP) через последовательный интерфейс SPI. Многие микроконтроллеры поддерживают альтернативное последовательное или параллельное программирование с использованием высокого напряжения, для случаев, если fuse-регистры были настроены так, что обычное программирование стало недоступно.
• Поддержка самопрограммирования, при котором основная программа может изменить часть своего кода.
• Поддержка загрузки основной программы с помощью защищённой от перезаписи подпрограммы (bootloader). Код основной программы обычно принимается через один из портов микроконтроллера с использованием одного из стандартных протоколов.
• Ряд режимов пониженного энергопотребления.

Примечание: не все периферийные устройства могут быть включены программно. Некоторые из них предварительно должны быть активированы битами в регистрах Fuses, которые могут быть изменены только программатором.

Средства разработки

Аппаратные средства разработки

Официальные средства разработки для AVR от Atmel:

• STK600 starter kit
• STK500 starter kit
• STK200 starter kit
• AVRISP and AVRISP mkII
• AVR Dragon
• USBasp - USB
• JTAGICE mkI
• JTAGICE mkII
• JTAGICE3
• ATMEL-ICE
• AVR ONE!
• Butterfly demonstration board
• AT90USBKey
• Raven wireless kit

Также существует много сторонних средств, особенно любительских.

См. также

• AVR32
• ARM7
• Intel 8051
• PIC
• MSP430
• Arduino

Ссылки

• Atmel AVR 8- and 32-bit Microcontrollers на сайте компании Atmel
• AVR в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz)

Примечания