Ревич, Ю.В. Программирование микроконтроллеров AVR: от Arduino к ассемблеру

Глава 1. Обзор микроконтроллеров AVR 21 Краткий обзор возможностей AVR Atmel AVR представляет собой семейство универсальных 8-разрядных микрокон- троллеров на основе общего ядра с различными встроенными периферийными уст- ройствами. Возможности МК AVR позволяют решить множество типовых задач, возникающих перед разработчиками радиоэлектронной аппаратуры. Особенности микроконтроллеров Atmel AVR: Производительность порядка 1 MIPS/МГц , где MIPS (Millions of Instructions Per Second, миллион команд в секунду) — одна из самых старых и во многом формальная характеристика производительности процессоров, т. к. наборы команд для различных процессоров различаются, и, соответственно, одно и то же число инструкций на различных системах даст разную полезную работу. Тем не менее для простых 8-разрядных вычислительных систем, не содержащих ко- манд, оперирующих с большими числами, числами с плавающей точкой и мас- сивами данных, это неплохой показатель для сравнения их производительности. Вычислительное ядро AVR на ряде задач по производительности превосходит 16-разрядный процессор 80286. Усовершенствованная RISC-архитектура — концепция RISC (Reduced Instruc- tion Set Computing, вычисления с сокращенным набором команд) предполагает наличие набора команд, состоящего из минимума компактных и быстро выпол- няющихся инструкций. При этом такие более громоздкие операции, как вычис- ления с плавающей точкой или арифметические действия с многоразрядными числами, предполагается реализовать на уровне подпрограмм. Концепция RISC упрощает устройство ядра (в типовом ядре AVR содержится лишь 32 тыс. тран- зисторов, в отличие от десятков миллионов в процессорах для ПК) и ускоряет его работу — типовая инструкция выполняется за один такт, кроме команд вет- вления программы, обращения к памяти и некоторых других, оперирующих с данными большой длины. В AVR имеется простейший двухступенчатый кон- вейер, когда команда выполняется в одном такте с выборкой следующей. В отличие от Intel-архитектур, в «классическом» AVR не было аппаратного ум- ножения/деления, однако в подсемействе Mega появились операции умножения. Раздельные шины памяти команд и данных — AVR (как и большинство дру- гих микроконтроллеров) имеет т. н. гарвардскую архитектуру , где области па- мяти программ и данных разделены (в отличие от классической архитектуры фон Неймана в обычных компьютерах, где память общая). Раздельные шины для этих областей памяти значительно ускоряют выполнение программы — данные и команды могут выбираться одновременно. 32 регистра общего назначения (РОН) — Atmel была первой компанией, дале- ко отошедшей от классической модели вычислительного ядра, в которой выпол- нение команд предусматривает обмен данными между АЛУ и запоминающими ячейками в общей памяти. Введение РОН в таком количестве (напомним, что в архитектуре х 86 всего четыре таких регистра, а в x 51 понятие РОН, как тако- вое, отсутствует) в ряде случаев позволяет вообще отказаться от расположения