[發明專利]指令集可以配置的微控制器

無效

• 申請號: 00800761.6
• 申請日: 2000-05-02
• 公開（公告）號: CN1302400A
• 公開（公告）日: 2001-07-04
• 發明（設計）人: 戴維·A·理查森;羅德尼·德雷克
• 申請（專利權）人: 密克羅奇普技術公司
• 主分類號: G06F9/318
• 分類號: G06F9/318;G06F9/30
• 代理公司: 柳沈知識產權律師事務所
• 代理人: 馬瑩

本發明一般涉及半導體微處理器，一類執行選擇性功能的被稱做微控制器的半導體微處理器，更具體地說涉及一種有選擇性地執行指令的微控制器。

微處理器朝著復雜儀表和機器方向演化，使復雜、快速的實時控制成為可能。帶有相關中斷處理芯片、可編程定時器芯片、ROM和RAM芯片的16或32位大容量微處理器在許多控制功能的場合已經被在微控制器同一片芯片上嵌入了所有外圍設備的單片I/O微控制器所取代。芯片的擴展模式運行方式增強了所有片上特征的通用性。

微控制器的應用范圍非常廣泛。在手持式設備比如袖珍尋呼機(BP機)中，微控制器響應接收的字符，首先解釋它們，然后產生一音頻或振動信號以提示使用者來了一條消息，并且在合適的顯示器比如LCD上生成多個字母數字信息。微控制器能夠從它內部的存儲器中恢復出一定時期內的任一條或所有的消息。在其他儀表中的使用，作為測量儀和測試儀，可以在1ms甚至更短的時間內執行上千次測試。

其他的應用包括個人計算機中的鍵盤控制器，其中微控制器用于減輕以前由處理器處理的許多任務，包括連續執行多次診斷過程并在監測到問題時通知處理器。個人計算機中微控制器的應用包括：在調制解調器中用于命令解釋和數據傳輸；在打印機緩沖器中用于在準備以合適的速度驅動打印機時高速轉儲數據；及用于彩色繪圖儀、復印機、電動打字機/字處理器、有線電視終端設備、草地澆水控制器、信用卡電話設備、蜂窩電話、傳真機、汽車應用比如發動機控制模塊、防鎖制動系統、汽車懸掛控制、免鑰匙進入系統和許多其他的工業和生活應用中。

一般，除其他單元外，微控制器包括：CPU(中央處理單元)；程序存儲器，CPU從中讀取指令；數據存儲器(在有些結構中也稱做寄存器)，可以被CPU直接讀寫。CPU從程序存儲器中讀取指令并按照通過指令獲取的地址或通過間接寄存器得到的地址尋址數據存儲器。CPU同樣可以與特定的外圍單元一起完成控制功能，包括如定時器、信號端口和波特率發生器等設備。

最近，微控制器已經被嵌入了裝備中，比如汽車或制咖啡機，并被用來控制裝備中某些電-機械設備。嵌入式控制產品可以在所有市場階段找到：消費者、商業廣告、PC外圍設備、遠程通訊(包括個人遠程通訊產品)、汽車和工業中。大多數嵌入式控制產品必須滿足特殊的要求：經濟、低功耗、體積小和高系統集成度。

大多數典型的嵌入式控制系統都是圍繞著MCU設計的，在一塊芯片上集成程序存儲器、數據存儲器(RAM)和多種外圍芯片功能，比如定時器和串行通訊。另外，這些系統通常需要輔助的串行EEPROM、顯示驅動器、鍵盤或小顯示屏。各種微控制器的參數設置，如果有，通常由操作者控制顯示屏和鍵盤完成。

在現有的技術中，微控制器包括程序存儲器，用于存儲可以被如微處理器執行的指令。通常，存儲在程序存儲器中可變長度編碼的指令需要多次讀語句才能獲得完整的指令，特別是對于8位處理器來說。一旦獲取了完整的指令代碼，在被執行前必須先對它進行譯碼。因此，一條指令的執行需要三步基本的步驟：取指令、譯碼和執行。

指令首先被從程序存儲器中取出并在微處理器內部被傳送到控制單元內稱做指令寄存器(IR)的特殊功能寄存器中。一旦到達IR，讀取的指令被譯碼器譯碼。最后，執行譯碼后的指令。適當的信號序列由邏輯控制單元產生，從而完成正確的數據傳輸和操作。指令的執行過程示于圖1。微處理器單元(MPU)芯片10位于左側，包含程序(指令)14的存儲芯片12(ROM或RAM)位于右側。

第一步是讀取指令：程序計數器(PC)16的內容輸出到地址總線18并選定存儲單元，圖1所示的例子中存儲單元為2304(在圖1中標號被指定為15)。然后發讀命令給存儲器12。經過幾納秒(取決于存儲器的讀出時間或存取時間)后，被地址15選定的8位數據出現在存儲器20的輸出引腳(未示出)上并在系統的數據總線24上傳播(在這種情況下，從右向左)。數據在MPU芯片10內部選通到控制單元30的指令寄存器(IR)26上，到此完成取指令周期。

接著取指令周期的兩個周期為譯碼和執行。IR26由位于控制單元30內的譯碼器28進行譯碼，通常由可編程邏輯陣列(PLA)(未示出)完成。適當的信號由控制單元30產生，從而導致執行指令。

指令不一定必須是8位字長。實際上，指令長度經常為1、2、3或4字節也就是8、16、24或32位。當一條指令長度大于8位時，控制單元30必須返回到存儲器20并將隨后的一個字節或幾個字節正確讀入到IR26中。