SFreescaleHCS单片机概貌及开发环境.ppt

FreescaleHCS08单片机原理及应用,FreescaleHCS08单片机概貌及开发环境,Slide1,Slide1,FreescaleHCS08单片机概貌及开发环境,内容:嵌入式系统、MPU、单片机概念全球著名半导体公司单片机简介FreescaleHCS08单片机的CPU和存储器特点Freescale汇编程序设计Codewarrior开发软件的使用目标:理解嵌入式系统和单片机之间关系会利用网络搜集资料了解MCU选型原则掌握FreescaleHCS08MCU内部的CPU寄存器、存储器特点和用法掌握HCS08汇编程序完整框架，学会安装、使用Codewarrior软件,Slide2,1.1嵌入式系统概述,嵌入式系统(Embeddedsystem)是当今最热门的概念之一，然而到底什么是嵌入式系统呢?嵌入式系统具有什么特点?嵌入式系统的架构又是什么?它和我们熟悉的PC系统的不同之处又在哪里？MCU、单片机、MPU等术语大家也常听说，它们到底是何含义?和嵌入式系统又有什么联系?计算机的分类嵌入式系统的主要应用领域什么是嵌入式系统嵌入式系统的特点嵌入式系统的架构嵌入式处理器的分类嵌入式系统硬件和PC硬件之比较,Slide3,1.1嵌入式系统概述,计算机的分类以往我们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将其分为大型计算机、中型机、小型机和微型机，并以此来组织学科和产业分工，这种分类沿袭了约40年。近10年来随着计算机技术的迅速发展，实际情况发生了根本性的变化。随着计算机技术和产品对其它行业的广泛渗透，以应用为中心的分类方法变得更为切合实际，也就是按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算机。通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类似面目出现并应用在社会的各个方面，其典型产品为PC；而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。,Slide4,1.1嵌入式系统概述,计算机的分类通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类似面目出现并应用在社会的各个方面，其典型产品为PC。,Slide5,1.1嵌入式系统概述,计算机的分类除了PC之外，嵌入式系统无处不在消费电子：PDA、手机、MP3、MP4、数码相机家电：数字电视、空调、冰箱、微波炉、机顶盒汽车电子、医疗器械网络设备、通信设备机器人,Slide6,1.1嵌入式系统概述,什么是嵌入式系统(EmbeddedSystems)?IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipmentmachineryorplants)。可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。一般定义嵌入式系统是指以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。是将应用程序和操作系统与计算机硬件集成在一起的系统。,Slide7,1.1嵌入式系统概述,嵌入式系统的特点专用性强系统内核小系统精简实时性高使用多任务的操作系统嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境,Slide8,1.1嵌入式系统概述,嵌入式系统的架构一般而言，整个嵌入式系统的体系结构可以分成四个部分：嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件。,嵌入式系统的硬件核心部件是嵌入式处理器。据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过1000多种，流行体系结构有30多个。,Slide9,1.1嵌入式系统概述,嵌入式处理器的分类一般可以将嵌入式处理器分成4类：嵌入式微处理器(MicroProcessorUnit，MPU)嵌入式微控制器(MicroControllerUnit，MCU)嵌入式DSP处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)嵌入式片上系统(SystemOnChip，SOC),Slide10,1.1嵌入式系统概述,嵌入式处理器的分类嵌入式微控制器(MicroControllerUnit，MCU)是指将计算机的基本部件微型化，使之集成在一小块硅片上的IC（IntegratedCircuit）芯片。片内含有CPU、ROM、RAM、中断控制、系统时钟、系统总线、并行I/0、SCI、TIMER、键盘管理、A/D等。内含模块因单片机内型各异。单片机芯片内部集成了ROMEPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时计数器、看门狗、IO、串行口、脉宽调制输出、AD、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设内含模块因单片机内型各异。与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器(MicroControllerUnit，MCU)。MCU还有一个通俗的称呼“单片机”,Slide11,1.1嵌入式系统概述,嵌入式系统硬件和PC硬件之比较,Slide12,1.1嵌入式系统概述,嵌入式系统的软件开发嵌入式系统的硬件基础为各种类型的MPU/MCU/DSP/SOC，各种嵌入式处理器的结构、功能各异，基于不同嵌入式处理器构成的系统不仅在功能上也会有很大差别，在软件开发方式上也有很大的不同；常用的嵌入式系统开发软件平台：uC/OS-II：免费，有源代码，功能简单，适于入门ucLinux：源码开放，应用范围广泛Vxworks：功能强大，商业软件，费用高WindowsCE.以上开发软件往往结合不同嵌入式处理器的结构特点，分别为各种处理器构建了简单的操作系统内核框架，用户只需在此基础上进行相关功能的添加;对于MCU，特别是8位的MCU，由于其结构相对简单，内部资源极其有限(如只有几百字节的Ram)，即使上述软件开发平台提供的操作系统内核框架很简单，但对MCU也是一个很大的开销，故8位MCU的开发较少借用uc/os-II、ucLinux、Vxworks等；高端MPU/MCU的开发则需借助于它们，以加快开发效率。,Slide13,1.2全球著名半导体公司单片机简介,2008年全球半导体20强排名表（按照百万美元单位销售额排名）,2009年全球半导体20强排名表（按照百万美元单位销售额排名）,Slide14,1.2全球著名半导体公司单片机简介,Slide15,1.2全球著名半导体公司单片机简介,2010年全球半导体20强排名表（按照百万美元单位销售额排名）,Slide16,1.2全球著名半导体公司单片机简介,1991年至2006年8位MCU的全球市场份额排名,Slide17,1.2全球著名半导体公司单片机简介,2007年中国市场的10大MCU供应商排名瑞萨科技（Renesas，日本）飞思卡尔半导体（Freescale，美国）微芯科技（MicrochipTechnology，美国）NEC电子（日本）英飞凌（Infineon，德国）东芝（Toshiba，日本）Atmel（美国）三星（SamsungElectronics，韩国）恩智浦半导体(NXP，荷兰)意法半导体（STMicroelectronics，意法联合）2008年的全球MCU销售排名瑞萨继续保有MCU市场龙头宝座，市场占有率仍高达20.1%第二名MCU供货商为飞思卡尔，市场占有率11%NEC排名第三，市场占有率9.7%第四与第五名厂商为富士通（Fujitsu，日本）与英飞凌，市场占有率分别为7.7%与7.2%Microchip排名第六；Atmel（美国）公司排名第九，市场占有率3.7%。,Slide18,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介FreescaleMCU（飞思卡尔半导体，美国）PIC16（MicrochipTechnology，美国）日系公司MCU瑞萨（Renesas）NEC东芝（Toshiba）富士通（Fujitsu）EpsonMCS-51系列MCUTI公司MSP430系列MCU凌阳公司MCU,Slide19,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介FreescaleFreescaleMCU（飞思卡尔半导体，美国）PIC16（MicrochipTechnology，美国）日系公司MCU瑞萨（Renesas）NEC东芝（Toshiba）富士通（Fujitsu）EpsonMCS-51系列MCUTI公司MSP430系列MCU凌阳公司MCU,Slide20,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介PIC8位MCUMicrochip公司的MCU是市场份额增长最快的MCU，1991年其8位MCU的全球市场份额排名20位，96年升到第10位，03年升到第3位，06以来8位MCU的全球份额一直保持第1位。,Slide21,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介PIC8位MCUMicrochip公司的MCU是市场份额增长最快的MCU，1991年其8位MCU的全球市场份额排名20位，96年升到第10位，03年升到第3位，06以来8位MCU的全球份额一直保持第1位。,Slide22,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介瑞萨（Renesas）,Slide23,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介NEC电子FreescaleMCU（飞思卡尔半导体，美国）PIC16（MicrochipTechnology，美国）日系公司MCU瑞萨（Renesas）NEC东芝（Toshiba）富士通（Fujitsu）EpsonMCS-51系列MCUTI公司MSP430系列MCU凌阳公司MCU,Slide24,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介Toshiba,Slide25,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介FujitsuFreescaleMCU（飞思卡尔半导体，美国）PIC16（MicrochipTechnology，美国）日系公司MCU瑞萨（Renesas）NEC东芝（Toshiba）富士通（Fujitsu）EpsonMCS-51系列MCUTI公司MSP430系列MCU凌阳公司MCU,Slide26,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介EpsonFreescaleMCU（飞思卡尔半导体，美国）PIC16（MicrochipTechnology，美国）日系公司MCU瑞萨（Renesas）NEC东芝（Toshiba）富士通（Fujitsu）EpsonMCS-51系列MCUTI公司MSP430系列MCU凌阳公司MCU,Slide27,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介MCS-51系列MCUMCS-51系列8位MCU是美国Intel公司1980年推出的产品，于20世纪80年代最早进入中国市场，并得到普及。由于Intel公司将重点放在286/386/486/奔腾/奔2/奔3/奔4/双核奔腾/酷睿/酷睿II等应用于PC的CPU的开发上，51系列MCU主要由Philips、三星、华邦、Atmel等公司接手开发，这些公司在保持与8031/8051系列MCU兼容的基础改善了许多特点，提高了速度，降低了产品价格，形成了多种型号的51系列MCU。目前在国内用得最为广泛的51系列MCU是Atmel公司的AT89C51/AT89C52和AT89S51/AT89S52，人们常说的89C51指的就是Atmel公司的AT89C51。C51具有128Bytes的片内数据RAM、4KB的片内程序EEPROM等片内资源，C52则具有256Bytes的片内数据RAM、8KB的片内程序EEPROM等片内资源，由于AT89C51/AT89C52在编写、擦除程序EEPROM时要用专门的编程器而不支持在系统编程，因此AT89C51/AT89C52已经停产，取而代之的是采用Flash存储器支持在系统编程（Isp,In-systemProgramming）的AT89S51/AT89S52。AT89S51/AT89S52价格低廉，通常十几块钱一片，但其内部资源不是很丰富，内部总线频率也不很高，通常用于低端领域。除了Atmel公司的S51/S52之外，Philips公司、SST公司等公司都生产兼容8051的MCU。这些公司还生产其它的半导体电子芯片。,Slide28,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介TI公司MSP430系列MCUFreescaleMCU（飞思卡尔半导体，美国）PIC16（MicrochipTechnology，美国）日系公司MCU瑞萨（Renesas）NEC东芝（Toshiba）富士通（Fujitsu）EpsonMCS-51系列MCUTI公司MSP430系列MCU凌阳公司MCU,Slide29,1.2全球著名半导体公司单片机简介,全球著名厂家MCU简介凌阳公司MCU(台湾)FreescaleMCU（飞思卡尔半导体，美国）PIC16（MicrochipTechnology，美国）日系公司MCU瑞萨（Renesas）NEC东芝（Toshiba）富士通（Fujitsu）EpsonMCS-51系列MCUTI公司MSP430系列MCU凌阳公司MCU,Slide30,1.2全球著名半导体公司单片机简介,MCU的选型全球MCU厂商众多，同一厂商也有各种不同的MCU型号。不同公司、不同型号的MCU在指令、功能等方面一般不兼容，但是它们的原理、开发方式等都非常相似，我们没有必要也不可能了解所有公司的MCU，但是学习理解了一种MCU可以对其余MCU起到触类旁通的作用。学习一种MCU时要重在对原理和设计思路的理解，力求做到举一反三。在实际应用中，需要根据实际情况选用最佳的MCU，选择的原则主要有下面三点：MCU的适用性MCU的可开发性MCU的可购买性,Slide31,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,HCS08系列MCU是Freescale公司2006年前后推出的新一代8位MCU，主要面向电池供电的便携式应用，它增加了一些新的指令以便于调试和开发，代码也和之前的M68HC08系列完全兼容。HCS08核加上一些存储器和外围模块就构成了不同系列不同型号的HCS08系列MCU，如MC9S08AW系列、MC9S08GB系列、MC9S08GT系列、MC9S08AC系列、MC9S08QG系列等。不同型号的MCU应用领域的侧重点不同。,Slide32,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,FreescaleS08系列MCU命名法例如MC9S08AW60CPUE表示该芯片为内含60KBFlash存储器的8位AW系列MCU，温度范围-4085，采用LQFP-64封装，且有质量保证的无铅绿色环保产品。,Slide33,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW简介一片IC，多种封装内部集成1个HCS08核8位CPU(40MHz)BDMCOPLVDRTIIRQ1-2KBRAM16-64KBFLASH16通道10位ADC2个16位Timer2个SCI1个SPI1个IIC1个8脚键盘模块54个I/O管脚,Slide34,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW简介一片IC，多种封装内部集成1个HCS08核8位CPU(40MHz)BDMCOPLVDRTIIRQ1-2KBRAM16-64KBFLASH16通道10位ADC2个16位Timer2个SCI1个SPI1个IIC1个8脚键盘模块54个I/O管脚,Slide35,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW简介一片IC，多种封装内部集成1个HCS08核8位CPU(40MHz)BDMCOPLVDRTIIRQ1-2KBRAM16-64KBFLASH16通道10位ADC2个16位Timer2个SCI1个SPI1个IIC1个8脚键盘模块54个I/O管脚,HCS08CPU寄存器,Slide36,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,Slide37,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,HCS08CPU寄存器,累计器A用于存储算术逻辑运算结果变址寄存器（H:X）可以分成两个独立的8位寄存器H和XH:X通常作为一个16位地址指针来用例：LDA#$FFCLALDX#$00LDHX#$0080LDA,XTAXTXA,Slide38,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,HCS08CPU寄存器,堆栈指针SPHCS08系列MCU的堆栈处于RAM空间中SP总是指向堆栈中下一个可用位置复位时SP的初值为$00FF一般初始化SP的值指向片内RAM空间的末字节：LDHX#RAMEnd+1TXSPC(ProgramCounter)16位，用于存放下一个预取指令或操作数的地址CPU复位时，PC自动装入位于$FFFE和$FFFF中的复位向量值。,Slide39,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,HCS08CPU寄存器,条件码寄存器CCR1个控制位I：禁止/允许所有CPU的可屏蔽中断：0：允许1：禁止（缺省）5个状态位V、H、N、Z、C表征指令执行完后结果状态受指令自动影响V：结果溢出则为1H：有半进位则为1N：结果为负则为1Z：结果为零则为1C：有进位/借位则为1,Slide40,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构1-2KB用户RAM空间相当于PC中的内存存放程序中的用户变量16-64KBFLASH相当于PC中的硬盘存放用户代码和表格常数若平均一条汇编指令占用2B的Flash空间，将近64KB的Flash大约可以存储32000行代码足以满足一般的控制程序空间需求片内外围模块CPU将片内外围模块都视为内部寄存器，它们都具有地址,Slide41,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构1-2KB用户RAM空间相当于PC中的内存存放程序中的用户变量16-64KBFLASH相当于PC中的硬盘存放用户代码和表格常数若平均一条汇编指令占用2B的Flash空间，将近64KB的Flash大约可以存储32000行代码足以满足一般的控制程序空间需求片内外围模块CPU将片内外围模块都视为内部寄存器，它们都具有地址,FreescaleMCU内部统一编址模型模块寄存器、RAM、FLASH占用同一$0000$FFFF存储空间的不同范围，分段使用：,Slide42,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构,FreescaleMCU内部统一编址模型模块寄存器、RAM、FLASH占用同一$0000$FFFF存储空间的不同范围，分段使用：,MC9S08AW的存储器结构,用户RAM空间（$0070$086F）相当于PC中的内存，用来存放用户程序变量用DS伪指令进行定义格式：:DS.这里，=B(default),W,orL，其中B表示字节类型，W表示字类型，L表示双字类型；范围为14096；若.部分不写，单独为DS则缺省表示为DS.B；作用：在以标号为首地址的存储单元中，定义个按定义类型的连续存储空间，该存储空间不进行初始化。举例：有些编译器还使用下列等价伪指令：DS.BRMBDS.WRMDDS.LRMQ,Slide43,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构,程序FLASH空间($0870$17FF、$1860$FFFAF)相当于PC中的硬盘，用来存放用户代码和表格常数表格常数用DC伪指令进行定义格式：:DC.,.=B(default),W,orL，其中B表示字节类型，W表示字类型，L表示双字类型；若.部分不写，单独为DC则缺省表示为DC.B作用：用于把后面的数据,按定义的类型依次连续存放在以标号为首地址的存储单元中。可以有一个或多个数值表达式，表达式之间用逗号隔开；表达式可以是数值（2/8/16进制或ASCII码），也可以是符号或数值表达式有些编译器还使用下列等价伪指令：DC.BFCBDC.WFDBDC.LFQBDC.BDCBDC.WDCWDC.LDCL,Slide44,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构,程序FLASH空间($0870$17FF、$1860$FFFAF)表格常数用DC伪指令进行定义举例：RAM或Flash空间作了定义后，可以方便的访问：LDALabe1;执行后，A=41HLDALabe2+5;执行后，A=45H,Slide45,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构,中断复位FLASH空间($0FFC0$FFFF)该区间用于存放中断向量表其中最后两个字节$FFFE与$FFFF中放置复位向量地址。,Slide46,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构,RAM和FLASH定义注意事项用户程序中的变量应该用DS定义到RAM空间程序中的常数和表格应该用DC或DCB定义到Flash空间两者不能弄错：如果把用户变量用DC或DCB定义到了Flash空间，变量就只能读而不按照常规方法写；如果把常数、表格用DS定义到RAM空间，若再想在程序中来读取这些常数、表格，实际上是无法正确读取到的，因为RAM的内容掉电丢失，MCU一断电这些所谓的常数、表格就丢失掉了，MCU再次上电时，这些常数、表格根本无法恢复，因为伪指令并不会产生代码对它们进行初始化。用DS定义在RAM空间的用户程序变量由于没有初始值，因此需要在程序中用指令对它们进行初始化,Slide47,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构,MC9S08AW60系列MCU的寄存器CPU将片内外围模块如I/O端口、AD、IIC、SCI、SPI、TPM、COP、RTI、KBI、IRQ等都视为内部寄存器，它们都具有地址寄存器和RAM、FLASH采用统一编址方式CPU访问外围模块实际就是对寄存器地址的访问分为三段两者不能弄错：直接页寄存器（$0000到$006F），112B，可直接寻址高处页寄存器（$1800到$185F），96B，使用较少非易失性寄存器（$FFB0到$FFBF），16B,Slide48,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构寄存器,Slide49,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构,MC9S08AW60系列MCU的寄存器CPU将片内外围模块如I/O端口、AD、IIC、SCI、SPI、TPM、COP、RTI、KBI、IRQ等都视为内部寄存器，它们都具有地址寄存器也可以直接使用地址访问，如：STA$0000寄存器可以用EQU伪指令定义，使得名字和地址对应，在程序中就可以直接使用名字清楚、直观，如：PTADEQU$0000LDA#$FFSTAPTAD寄存器也可以用include包含头文件，如：INCLUDEMC9S08AW60.incSTAPTAD,Slide50,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,MC9S08AW的存储器结构（小结）,用户RAM空间（$0070$086F）存放用户变量，用DS定义程序FLASH空间($0870$17FF、$1860$FFFAF)存放代码或表格常数表格常数用DC定义中断复位FLASH空间($0FFC0$FFFF)存放中断向量表最后两个字节$FFFE与$FFFF中放置复位向量地址寄存器空间内部模块的寄存器均分布在此空间中对模块的操作通过对寄存器的操作来实现直接页寄存器（$0000到$006F），112B，可直接寻址高处页寄存器（$1800到$185F），96B，使用较少非易失性寄存器（$FFB0到$FFBF），16B,Slide51,1.3Freescale的S08系列MCU概貌,符号约定规定在数字前面加前缀#表示立即数，例如：LDA#%01011010；将二进制数%01011010送累加器ALDA#$10；将十六进制数$10送到累加器A注意指令中的数值前有、无#前缀的区别：LDA%01011010；将地址为%01011010的单元中的内容送ALDA$10；将地址为$10的单元中的内容送累加器A括号或“”表示单个ASCII码字符或字符串，例如：StringFCB“MC9S08AW60”,Slide52,1.4S08完整汇编程序框架,符号约定用符号*或$作为操作数时表示当前存储器地址，例如BRA*；跳转到本身，亦即程序在原地“踏步”。BRA$；跳转到本身，亦即程序在原地“踏步”。符号*处于汇编语句中的第一列时表示该行为注释语句。S08指令机器码和执行周期S08的指令机器码通常由两部分组成，前一部分为操作码，表示指令功能，后一部分为操作数，表示操作对象。不同指令不仅占用程序FLSAH的空间大小有别（机器码13字节），而且不同指令执行的速度快慢也不一样。指令执行的快慢用指令所占用的机器周期来衡量，执行完一条S08的指令通常需要14个机器周期，根据不同指令而异