MSP430 — семейство 16-разрядных микроконтроллеров фирмы Texas Instruments.
История создания и особенные характеристики
правитьПервый контроллер с аббревиатурой MSP430 появился в 1992 году[1]. Texas Instruments заявил о стремлении создать микроконтроллер с системой команд, близкой к популярной в 70-х—80-х годах архитектуре PDP-11.
Ядро MSP430 16-битное. Систему команд постарались сделать максимально ортогональной с разнообразными способами адресации. Ортогональность системы команд означает, что в любой команде может использоваться любой способ адресации операнда: константа, прямой из регистра или памяти, косвенный и т. п.
В момент рождения семейства основной упор был сделан на снижение энергопотребления. Однако с тех пор экономия энергии стала идеей-фикс электронной техники, и MSP430 активно теснят на этом пьедестале другие производители со своими архитектурами.
Ключевым отличием и «визитной карточкой» семейства MSP430 является возможность тактировать любой модуль периферии асинхронно от ядра. В подавляющем большинстве однокристальных микроконтроллеров периферия синхронна с ядром (за исключением отдельных специальных узлов). Такая особенность позволяет гибко управлять скоростью (а значит, и потреблением) каждого модуля. Кроме того, уникальным является также модуль USB интерфейса: он имеет отдельный домен питания, что упрощает разработку батарейных приборов с USB-интерфейсом.
Сегодня семейство MSP430 предлагает широкую гамму однокристальных микроконтроллеров с объёмом флеш-памяти от единиц до 512 килобайт и ОЗУ до 64 килобайт. Тактовые частоты ядра — до 25 МГц.
Система команд MSP430
правитьMSP430 имеет фоннеймановскую архитектуру, с единым адресным пространством для команд и данных. Память может адресоваться как побайтово, так и пословно. Порядок хранения 16-разрядных слов — от младшего к старшему (англ. little-endian).
Процессор содержит 16 16-разрядных ортогональных регистров. Регистр R0 используется как программный счетчик (англ. Program Counter — PC), регистр R1 как указатель стека (англ. Stack Pointer — SP), регистр R2 как регистр статуса (англ. Status Register — SR), а R3 как специальный регистр, именуемый «генератор констант» (англ. Constant Generator — CG), R2 также может использоваться в качестве генератора констант. Генератор констант используется для сокращения общей длины команды вследствие неявного представления константы в коде операции. Регистры с R4 по R15 используются как регистры общего назначения.
Набор инструкций очень простой и представлен 27 инструкциями, 24 эмулированными инструкциями. Инструкции имеют как 8-битную (байт), так и 16-битную (слово) форму обработки операндов. Бит B/W управляет этим признаком.
| 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | Команда |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | opcode | B/W | As | register | Однооперандные команды | ||||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | B/W | As | register | RRC Вращение вправо через перенос | ||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | As | register | SWPB Обмен байтов | ||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | B/W | As | register | RRA Вращение вправо арифметическое | ||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | As | register | SXT Расширение знака байта до слова | ||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | B/W | As | register | PUSH Опустить операнд в стек | ||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | As | register | CALL Вызов подпрограммы; сохранить PC в стеке и загрузить PC новым значением | ||||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | RETI Возврат из прерывания; Извлечь SR и PC из стека |
| 0 | 0 | 1 | условие | 10-бит знаковое смещение | Условный переход; PC = PC + 2×offset | |||||||||||
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 10-бит знаковое смещение | JNE/JNZ Переход, если не_равно/не_ноль | |||||||||
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 10-бит знаковое смещение | JEQ/JZ Переход, если равно/ноль | |||||||||
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 10-бит знаковое смещение | JNC/JLO Переход, если не_перенос/ниже (беззнаковое сравнение) | |||||||||
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 10-бит знаковое смещение | JC/JHS Переход, если перенос/выше или то же (беззнаковое сравнение) | |||||||||
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 10-бит знаковое смещение | JN Переход, если отрицательный | |||||||||
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 10-бит знаковое смещение | JGE Переход, если больше_или_равно | |||||||||
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 10-бит знаковое смещение | JL Переход, если меньше | |||||||||
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 10-бит знаковое смещение | JMP Переход (непосредственный) | |||||||||
| opcode | source | Ad | B/W | As | destination | Двухоперандная арифметика | ||||||||||
| 0 | 1 | 0 | 0 | source | Ad | B/W | As | destination | MOV Переслать источник в приёмник | |||||||
| 0 | 1 | 0 | 1 | source | Ad | B/W | As | destination | ADD Прибавить источник к приёмнику | |||||||
| 0 | 1 | 1 | 0 | source | Ad | B/W | As | destination | ADDC Прибавить источник_и_перенос к приёмнику | |||||||
| 0 | 1 | 1 | 1 | source | Ad | B/W | As | destination | SUBC Вычесть источник из приёмника (с переносом) | |||||||
| 1 | 0 | 0 | 0 | source | Ad | B/W | As | destination | SUB Вычесть источник из приёмника | |||||||
| 1 | 0 | 0 | 1 | source | Ad | B/W | As | destination | CMP Сравнить (операцией вычитания) источник с приёмником | |||||||
| 1 | 0 | 1 | 0 | source | Ad | B/W | As | destination | DADD Decimal Десятичное сложение источника и приёмника (с переносом) | |||||||
| 1 | 0 | 1 | 1 | source | Ad | B/W | As | destination | BIT Проверка битов (операцией AND) источника и приёмника | |||||||
| 1 | 1 | 0 | 0 | source | Ad | B/W | As | destination | BIC Битовая очистка (dest &= ~src) | |||||||
| 1 | 1 | 0 | 1 | source | Ad | B/W | As | destination | BIS Битовая установка (logical OR) | |||||||
| 1 | 1 | 1 | 0 | source | Ad | B/W | As | destination | XOR Исключающее или источника с приёмником | |||||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | source | Ad | B/W | As | destination | AND Логический AND источника с приёмником (dest &= src) | |||||||
Все инструкции 16-битные. 4 способа адресации операнда, определены в 2 битах как As поле.
Поле As — регистровый, индексный, косвенный-регистровый, косвенно-регистровый с постдекрементом. Поле Ad определяет два способа адресации — регистровый и индексный.
| As | Регистр | Синтаксис | Описание |
|---|---|---|---|
| 00 | n | Rn | Регистровый. Операнд — содержимое одного из регистров из Rn |
| 01 | n | x(Rn) | Индексный. Операнд находится в памяти по адресу Rn+x. X-слово находится после текущей команды |
| 10 | n | @Rn | Косвенный регистровый. Операнд находится в памяти по адресу, который содержится в регистре Rn |
| 11 | n | @Rn+ | Косвенный регистровый с автоинкрементом. В зависимости от значения разряда B/W значение регистра Rn увеличивается после выполнения операции на 1 или 2 |
| Режимы адресации при использовании R0 (PC) | |||
| 01 | 0 (PC) | LABEL | Относительный(символьный). Операнд x (PC) в памяти по адресу PC+x |
| 11 | 0 (PC) | #x | Непосредственный. @PC+ Адрес операнда из х-слова, находящегося после текущей команды |
| Использование R2 (SR) и R3 (CG), специальный способ декодирования | |||
| 01 | 2 (SR) | &LABEL | Абсолютный. Операнд в памяти по адресу, взятому из x |
| 10 | 2 (SR) | #4 | Константа 4 |
| 11 | 2 (SR) | #8 | Константа 8 |
| 00 | 3 (CG) | #0 | Константа 0 |
| 01 | 3 (CG) | #1 | Константа 1 при байтовых операциях |
| 10 | 3 (CG) | #2 | Константа 2 |
| 11 | 3 (CG) | #-1 | Константа −1 или 0xFFFF |
Мнемоника эмулируемых команд
правитьДругие команды, поддерживаемые ассемблером MSP430, образуются из основных и именуются эмулируемыми (способ получения — в скобках). Общее число поддерживаемых ассемблером эмулируемых команд — 24:
- CLRZ — очистка флага Z регистра состояния процессора (PSW) (BIC #2,SR).
- CLRN — очистка флага N регистра состояния процессора (PSW) (BIC #4,SR).
- CLRC — очистка флага C регистра состояния процессора (PSW) (BIC #1,SR).
- SETZ — установка флага Z регистра состояния процессора (PSW) (BIS #2,SR).
- SETN — установка флага N регистра состояния процессора (PSW) (BIS #4,SR).
- SETC — установка флага C регистра состояния процессора (PSW) (BIS #1,SR).
- EINT — разрешение прерываний (BIC #8,SR).
- DINT — запрещение прерываний (BIS #8,SR).
- CLR dst — очистка операнда (MOV #0,dst).
- TST dst — проверка операнда на ноль (CMP #0,dst).
- INV dst — инвертирование битов операнда (XOR #-1,dst).
- ADC dst — прибавление переноса к операнду (ADDC #0,dst).
- DADC dst — десятичное сложение переноса с получателем (DADD #0,dst).
- SBC dst — вычитание переноса из операнда (SUBC #0,dst).
- INC dst — инкремент операнда (ADD #1,dst).
- DEC dst — декремент операнда (SUB #1,dst)
- INCD dst — увеличение на 2 операнда (ADD #2,dst).
- DECD dst — уменьшение на 2 операнда (SUB #2,dst).
- RLA dst — сдвиг влево операнда, флаг переноса заполняется из старшего бита, а младший бит — результата −0 (ADD dst, dst).
- RLC dst — сдвиг влево операнда с использованием переноса (ADDC dst, dst).
- RET — возврат из подпрограммы (MOV @sp+,pc).
- POP dst — извлечение операнд из стека (MOV @sp+,dst).
- BR dst — переход в программе, используя операнд (MOV dst, pc).
- NOP — нет операции (MOV r3,r3).
Примечание: приведена форма записи команд без указания на тип операндов байт/слово. Имеются и другие возможные операции для формирования задержки выполнения программного кода.
Поддерживаемый формат команд ассемблером в мнемонике имеет указание на тип обрабатываемых данных.
Примечания
править- ↑ BY STEPHEN EVANCZUK. The most-popular MCUs ever (англ.). https://www.edn.com/ (20 августа 2013). Дата обращения: 15 января 2021. Архивировано 9 июня 2021 года.
Ссылки
править- Официальная страница MSP430 на сайте Texas Instruments
- Форум по микроконтроллерам MSP430
- Семейство микроконтроллеров MSP430x1xx: руководство пользователя.
- Семейство микроконтроллеров MSP430x4xx: руководство пользователя.
- MSP430 примеры применения
Компиляторы и ассемблеры
править- VisSim/ECD позволяет быстро создать прототип для контроля приложений управляется DSP от Texas Instruments. Для MSP430, VisSim нужно только 740 байт FLASH и 64 байт ЗУПВ для небольших закрытых модуляцией ширины импульса петля (PWM) системы.
- AQ430 Среда разработки для MSP430Fxxxx микроконтроллеров
- CrossWorks С-компилятор MSP430
- компилятор GCC для MSP430 (Свободный C-компилятор)
- HI-TECH C-компилятор для MSP430
- IAR С-компилятор для TI MSP430 фирмы IAR Systems
- Среда разработки Code::Blocks
- C-компилятор фирмы ImageCraft
- ForthInc Forth-компилятор
- MPE Forth-компилятор Архивная копия от 20 февраля 2020 на Wayback Machine
- naken430asm — ассемблер, дизассемблер, симулятор для 430 серии, Windows, MacOS, Linux
- energia — форк arduino IDE, позволяющие программировать в стиле arduino