NUC975DK61Y – 集積回路、組み込み、マイクロコントローラー – NUVOTON Technology Corporation

1 マイクロコントローラーの定義

マイクロコントローラは、算術論理演算装置、メモリ、タイマ/電卓、各種/O回路等をチップ上に集積し、基本的な完全なコンピューティングシステムを構成するものであり、シングルチップマイクロコンピュータとも呼ばれます。

マイコンのハードウェアや周辺ハードウェア回路と密接に使用されるマイコンのメモリ上のプログラムを、パソコンのソフトウェアと区別してファームウェアとしてマイコンプログラムと呼びます。一般に、マイクロプロセッサは 1 つの集積回路上の CPU であり、マイクロコントローラは、CPU、ROM、RAM、VO、タイマーなどがすべて 1 つの集積回路上にあるものです。CPUと比較して、マイクロコントローラーはそれほど強力な演算能力を持たず、メモリ管理ユニットも持たないため、比較的単一で単純な制御、ロジック、その他のタスクのみを処理でき、機器制御、センサー信号処理に広く使用されています。一部の家電製品、産業機器、電動工具などのその他の分野。

2 マイコンの構成

マイクロコントローラーは、中央プロセッサ、メモリ、入出力などのいくつかの部分で構成されています。

-中央処理装置:

中央プロセッサは、オペレータとコントローラの 2 つの主要部分を含む、MCU のコア コンポーネントです。

-オペレーター

演算子は、算術論理演算装置 (ALU)、アキュムレータ、レジスタなどで構成されます。ALU の役割は、受信データに対して算術演算または論理演算を実行することです。ALU は、これら 2 つのデータのサイズを加算、減算、照合、または比較し、最終的に結果をアキュムレータに格納することができます。

演算子には 2 つの機能があります。

(1) 各種の算術演算を行うため。

(2) さまざまな論理演算を実行し、ゼロ値テストや 2 つの値の比較などの論理テストを実行します。

オペレーターが実行するすべての操作はコントローラーからの制御信号によって指示され、算術演算は算術結果を生成しますが、論理演算は判定を生成します。

-コントローラ

コントローラは、プログラムカウンタ、命令レジスタ、命令デコーダ、タイミングジェネレータ、動作コントローラなどで構成され、マイコンシステム全体の動作を調整、指示する指令を出す「意思決定機関」です。その主な機能は次のとおりです。

(1) メモリから命令を取得し、メモリ内の次の命令の位置を示すこと。

(2) 指定されたアクションの実行を容易にするために、命令をデコードおよびテストし、対応する動作制御信号を生成するため。

(3) CPU、メモリ、入出力デバイス間のデータ フローの方向を指示および制御します。

マイクロプロセッサは、内部バスを介してALU、カウンタ、レジスタおよび制御セクションを相互接続し、外部バスを介して外部メモリおよび入出力インターフェース回路に接続します。外部バスはシステムバスとも呼ばれ、データバスＤＢ、アドレスバスＡＢ、制御バスＣＢに分かれており、入出力インターフェース回路を介して各種周辺機器と接続されている。

-メモリ

メモリは、データ メモリとプログラム メモリの 2 つのカテゴリに分類できます。

データメモリはデータの保存に使用され、プログラムストレージはプログラムとパラメータの保存に使用されます。

-入出力 -異なるデバイスのリンクまたは駆動

シリアル通信ポート - MCU と、UART、SPI、12C などのさまざまな周辺機器の間でデータを交換します。

3 マイクロコントローラーの分類

マイクロコントローラーはビット数の観点から、4 ビット、8 ビット、16 ビット、32 ビットに分類できます。実際のアプリケーションでは、32 ビットが 55%、8 ビットが 43%、4 ビットが 2%、16 ビットが 1% を占めます。

32 ビットおよび 8 ビットのマイクロコントローラーが現在最も広く使用されているマイクロコントローラーであることがわかります。
ビット数の違いはマイクロプロセッサの良し悪しを表すものではありません。ビット数が高いほどマイクロプロセッサが優れているわけでも、ビット数が低いほどマイクロプロセッサが悪いというわけでもありません。

8 ビット MCU は多用途です。シンプルなプログラミング、エネルギー効率、小さなパッケージ サイズ (ピンが 6 つしかないものもあります) を提供します。ただし、これらのマイクロコントローラーは通常、ネットワーク機能や通信機能には使用されません。

最も一般的なネットワーク プロトコルと通信ソフトウェア スタックは 16 ビットまたは 32 ビットです。通信周辺機器は一部の 8 ビット デバイスで利用できますが、多くの場合、16 ビットおよび 32 ビット MCU がより効率的な選択肢となります。それにもかかわらず、8 ビット MCU は通常、さまざまな制御、センシング、およびインターフェイスのアプリケーションに使用されます。

アーキテクチャ的には、マイクロコントローラーは RISC (縮小命令セット コンピューター) と CISC (複雑命令セット コンピューター) の 2 つのカテゴリに分類できます。

RISC は、より少ない種類のコンピュータ命令を実行するマイクロプロセッサであり、1980 年代に MIPS メインフレーム (つまり RISC マシン) で誕生しました。RISC マシンで使用されるマイクロプロセッサは総称して RISC プロセッサと呼ばれます。このようにして、より高速な速度 (1 秒あたり数百万命令、つまり MIPS) で操作を実行できるようになります。コンピュータは各命令タイプを実行するために追加のトランジスタと回路要素を必要とするため、コンピュータ命令セットが大きくなるほどマイクロプロセッサはより複雑になり、演算の実行速度が遅くなります。

CISC には、プロセッサ上で実行するプログラムの作成を簡素化する豊富なマイクロ命令セットが含まれています。命令はアセンブリ言語で構成されており、本来ソフトウェアで実装されていた一部の共通機能はハードウェア命令システムで実装されています。これによりプログラマの作業が大幅に軽減され、各命令周期でいくつかの下位演算や演算を同時に処理することでコンピュータの実行速度が向上し、このシステムを複合命令システムと呼びます。

4 まとめ

今日の自動車エレクトロニクス技術者にとっての重大な課題は、自動車の性能が徐々に向上していく中で、低コストで故障時でも機能する自動車システムを構築することであり、その性能を高めるためにマイクロコントローラーが期待されています。自動車用電子制御ユニットの開発。