單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)綜述
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1．2．4 32位機(jī)
隨著高技術(shù)在智能機(jī)器人、光盤(pán)、激光打印機(jī)、圖像與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、復(fù)雜實(shí)時(shí)控制、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，16位機(jī)已顯得無(wú)能為力，需要32位機(jī)才能滿足要求。80年代末推出了多種32位機(jī)產(chǎn)品 。如Motorola推出的產(chǎn)品68300、Intel的80960都是1989年出品。其共同特點(diǎn)是：
·尋址能力在GB級(jí)以上（存儲(chǔ)、處理彩色圖像需要特大存儲(chǔ)器）；
·高指令執(zhí)行速度。每秒M級(jí)條指令。如Intel的i960A速度為66MIPS；
·快速運(yùn)算能力。有的嵌入浮點(diǎn)運(yùn)算部件，運(yùn)算能力大為增強(qiáng)；
·直接支持高級(jí)語(yǔ)言和實(shí)時(shí)多任務(wù)執(zhí)行。如支持C、Forth語(yǔ)言。嵌入實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。大多數(shù)采用RISC結(jié)構(gòu)。除Motorola的MC68332、國(guó)家半導(dǎo)體的NS32CG160等仍用CISC外，均用RISC。
1．2．5 64位機(jī)
64位機(jī)在引擎控制、智能機(jī)器人控制、磁盤(pán)控制、語(yǔ)音／圖像通信、算法密集的實(shí)時(shí)控制等場(chǎng)合使用。但國(guó)內(nèi)仍未見(jiàn)有應(yīng)用。下面給出一個(gè)產(chǎn)品例子。
英國(guó)Inmos公司的Transputer T800是64位高性能機(jī)。它集成有處理器、高速緩存、64位浮點(diǎn)運(yùn)算器、存儲(chǔ)控制器、串行接口，適用于超高速并行處理。
中央處理器為32位，其浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)12億次／秒。RAM 4k，I／O鏈接通道4組20Mbit／s，時(shí)鐘頻率25MHz，數(shù)據(jù)傳輸率100MB／s，可尋址外部存儲(chǔ)空間4GB。外存儲(chǔ)器傳輸率33MB／s。
2 單片機(jī)的總線
一直以來(lái)，單片機(jī)沒(méi)有自己的專門的總線標(biāo)準(zhǔn)，通常是由著名廠家推出自己產(chǎn)品時(shí)配套設(shè)計(jì)的。如MC S－51系列單片機(jī)就設(shè)計(jì)有完善的三總線結(jié)構(gòu)（地址總線AB，數(shù)據(jù)總線DB，控制總線CB），要構(gòu)成不同的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是方便的。雖然，單片機(jī)可以歸結(jié)為工控機(jī)的一種，而工控機(jī)的成熟主流總線是STD總線，但單片機(jī)卻沒(méi)有完全執(zhí)行STD總線標(biāo)（IEEE961），而以控制總線差別較大。
這里只論及完全根據(jù)單片機(jī)的特點(diǎn)，按照控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及多機(jī)系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)的串行接口總線。有了此總線，多個(gè)單片機(jī)就能以一定的拓樸結(jié)構(gòu)組成多種系統(tǒng)，彌補(bǔ)了在網(wǎng)絡(luò)控制方面的不足。
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)涉及多種多樣的外部設(shè)備或系統(tǒng)的互連和通信，有必要在單片機(jī)與外部芯片間插入有通信功能的接口。這樣做的好處是：1）串行總線連線少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便。在傳送速度不太高的場(chǎng)合，串行總線是可取的；2）總線接口部分已集成到芯片中，系統(tǒng)可以按功能模塊直接聯(lián)接；3）故障診斷排除十分簡(jiǎn)單；4）可利用軟件庫(kù)進(jìn)行安裝，減少軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間；5）取消外部接口電路，外部接線少，體積小，可靠，價(jià)廉。目前已生產(chǎn)出多種產(chǎn)品，但仍未有正式批準(zhǔn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。常見(jiàn)的有以下幾種總線〔5〕〔6〕：
·IIC總線（Inter－Integrated Circuit）。這是Philips開(kāi)發(fā)的一種內(nèi)部雙向二線串行總線。一為串行數(shù)據(jù)總線。另一為串行時(shí)鐘總線。線上設(shè)備可用軟件尋址，且可自動(dòng)沖突仲裁 。標(biāo)準(zhǔn)傳送速率100kbit／s，最大400kbit／s．適于非高速系統(tǒng)。
·BIT總線。這是Intel開(kāi)發(fā)的一種分布式機(jī)間通信的串行總線。通過(guò)RUPI－44系列的串行接口單元，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)主從、環(huán)形網(wǎng)三種鏈路結(jié)構(gòu)的通信。外同步速率2．4MB／s（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，多點(diǎn)），1．0MB／s（環(huán)形網(wǎng)）。
·MicroWire總線。這是國(guó)家半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)的一種三線串行接口總線。一為數(shù)據(jù)輸出線，二為數(shù)據(jù)輸入線，三為時(shí)鐘線。線上只有一臺(tái)機(jī)為主機(jī)，其余為從機(jī)。MicroWire／plus是增強(qiáng)型。各型號(hào)功能各異。
·SPI／SCI總線（串行輸入接口／串行通信口）。由Motorola開(kāi)發(fā)。SPI為并行同步總線（兩條串行數(shù)據(jù)線，一條串行時(shí)鐘線）通過(guò)SPI的互連可構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。SCI為異步通信接口。
·VESA總線（Video Electronics StandardAssociation）。由視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)等多家公司聯(lián)合推出的全開(kāi)放模塊式的局部總線。又稱VESALocal總線，簡(jiǎn)稱VL。此總線支持高速視頻處理，總線寬32位，數(shù)據(jù)線可擴(kuò)至64位。數(shù)據(jù)傳輸率132MB／s。適于多媒體場(chǎng)合。
·CAN總線（Controller Area Network）。這是一種單片機(jī)外部串行總線。采用多元競(jìng)爭(zhēng)式結(jié)構(gòu)。按設(shè)定仲裁字的方式進(jìn)行總線仲裁。是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一種重要總線型式。
此外，還有Signetics公司的芯片內(nèi)部的DDB總線等。
1995年末，世界上最新開(kāi)發(fā)的Intel公司的總線產(chǎn)品compact PCI被介紹給我國(guó)的工控〔7〕 〔8〕，而該類產(chǎn)品在我國(guó)目前仍處于初創(chuàng)研發(fā)階段。作為歸結(jié)為工控機(jī)類的單片機(jī)，如何徹底解決設(shè)備共享問(wèn)題 ，從而加入現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)（FCS）中，一直是工控界關(guān)注的問(wèn)題。
3 單片機(jī)的軟件
通常單片機(jī)開(kāi)發(fā)中用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言。編寫(xiě)程序后用PE、EDLIN等軟件在計(jì)算機(jī)上編輯，然后編譯成機(jī)器碼文件，再由通信軟件將機(jī)器碼文件送入單片機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試。隨著單片機(jī)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和功能的復(fù)雜，用匯編語(yǔ)言編制程序的方法有明顯的缺點(diǎn)。主要是效率低，程序不易維護(hù)，不能移植，很不適應(yīng)要求。有必要尋求一種高效率的結(jié)構(gòu)化的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。這些語(yǔ)言現(xiàn)在有C、PL／M、Forth 、Pascal、Modula－2等〔9〕。
C語(yǔ)言是一種介于高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言之間的適于單片機(jī)開(kāi)發(fā)用的語(yǔ)言。它既有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又易與匯編語(yǔ)言接口。原來(lái)用匯編語(yǔ)言寫(xiě)的程序現(xiàn)在可以用C語(yǔ)言編寫(xiě)。只是在體現(xiàn)速度的場(chǎng)合如信息的實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)控制，以及和硬件打交道的場(chǎng)合如接口驅(qū)動(dòng)程序，才會(huì)插入?yún)R編語(yǔ)言程序。一些開(kāi)發(fā)系統(tǒng)都配有C語(yǔ)言調(diào)試程序、編譯器等。
PL／M是Intel開(kāi)發(fā)的一種結(jié)構(gòu)化高級(jí)語(yǔ)言。如PL／M－96是其中一種。其編譯生成的機(jī)器碼就是MCS－96系列單片機(jī)的機(jī)器碼。其編譯、連接、定位程序可以在80386及其兼容機(jī)上運(yùn)行。
Forth語(yǔ)言原來(lái)是60年代美國(guó)人CharlesMoore發(fā)明的一種中級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，用于控制天文望遠(yuǎn)鏡，1986年移植到單片機(jī)中。它具有速度快、程序簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)精巧、擴(kuò)充方便、空間節(jié)省等特點(diǎn)。適宜向工控、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)處理、智能機(jī)器人、儀表等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。Forth語(yǔ)言別具一格，與其它高級(jí)語(yǔ)言不同，它以詞典為核心，以堆棧為運(yùn)算場(chǎng)所，把解釋、編譯、調(diào)度、設(shè)備管理等集于一體，能同時(shí)使用For th高級(jí)語(yǔ)言、編語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言。因Forth的內(nèi)核只占2k～8k，很容易裝入儀表內(nèi)部。
因Modula－2是基于Pascal開(kāi)發(fā)系統(tǒng)移植來(lái)的，具有Pascal的特點(diǎn)，它們都比C差些。在此不再敘述。
4 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)工具
因單片機(jī)本身不具備開(kāi)發(fā)功能，因此，在開(kāi)發(fā)單片機(jī)時(shí)必須借助某些開(kāi)發(fā)工具。這些開(kāi)發(fā)工具通常稱為仿真器或開(kāi)發(fā)系統(tǒng)?？晒┎捎玫挠小?0〕：
·在線仿真器。簡(jiǎn)稱仿真器。仿真器通過(guò)RS－232接口（或并行口）與宿主機(jī)相連。又用電纜線把仿真器與目標(biāo)系統(tǒng)相接。用仿真器中的“仿真單片機(jī)”取代目標(biāo)系統(tǒng)的同類型的“目標(biāo)單片機(jī)”。然后在宿主機(jī)上進(jìn)行各種操作，從而獲得對(duì)仿真單片機(jī)也即對(duì)目標(biāo)單片機(jī)的仿真和控制功能。這是我國(guó)用得最多的一種，其操作平臺(tái)由DOS系統(tǒng)發(fā)展到WINDOWS。
·在位仿真式的在線仿真器。與在線仿真器不同的是，把仿真器與目標(biāo)系統(tǒng)間的連接電纜歸并到仿真器的負(fù)載之中，從而不會(huì)影響目標(biāo)系統(tǒng)的性能（如噪聲干擾、穩(wěn)定性等）。北京東方計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的UD－96／C196仿真器采用了這種技術(shù)。
·綜合開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。把在線仿真器、邏輯分析儀、信息發(fā)生器、EPROM寫(xiě)入器等原來(lái)分開(kāi)的功能部分有機(jī)地結(jié)合在一起。使開(kāi)發(fā)工作更有效、方便，但價(jià)格昂貴。
·自開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。與在線仿真器不同的是取消用電纜連接另外的目標(biāo)系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)完畢后就將自身作為目標(biāo)系統(tǒng)使用。開(kāi)發(fā)價(jià)格較低。
下面介紹一下國(guó)內(nèi)外的幾種Forth語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。
·英國(guó)Triangle DigitalServices公司的TDS－9090跟蹤數(shù)據(jù)仿真器（Track Data Simulato r）。通過(guò)RS－232與計(jì)算機(jī)相連，即可用Forth語(yǔ)言編程。然后將程序代碼存入PROM中，生成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。在非易失性RAM支持下獨(dú)立運(yùn)行。TDS的硬件是CMOSHatchi的HD63A03Y 8位單片機(jī)，指令與Motorola的680 0兼容。RAM 30K，ROM16K，EPROM 16K，EEPROM 256B。包含有一個(gè)寫(xiě)機(jī)器語(yǔ)言的符號(hào)匯編器，可同時(shí)使用Forth及匯編語(yǔ)言。具有全屏幕編輯、多任務(wù)、時(shí)鐘、看門狗、低電源運(yùn)行功能。
·加拿大SDS電子技術(shù)公司的SDSForth－51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。其硬件為Intel的8051系列8位單片機(jī)。包括For th－51軟件和SL－51Kit開(kāi)發(fā)工具兩部分。將Kit與PC機(jī)連接，即可用Forth或匯編語(yǔ)言編程?？捎肞C聯(lián)機(jī)調(diào)試。最后生成二進(jìn)制文件裝入仿真器。
·MCS96－Forth 1．0開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。1996年，國(guó)內(nèi)有人在MCS－96系列單片機(jī)上開(kāi)發(fā)出一種Fort h系統(tǒng)，命名為MCS96－Forth 1．0，提供一個(gè)實(shí)用的Forth開(kāi)發(fā)工具，已經(jīng)通過(guò)鑒定。已具備正式投入運(yùn)行條件 。Forth語(yǔ)言已經(jīng)漢化。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/172714.htm
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