Микроконтроллеры фирмы AMD Текст научной статьи по специальности «Математика»

Микроконтроллеры фирмы AMD

Фирма Advanced Micro Devices широко известна как один из ведущих мировых производителей процессоров для PC, flash-памяти, телекоммуникационных и сетевых решений. Но в то же время AMD является, пожалуй, единственным, кроме Intel, производителем процессоров семейства x86, предназначенных для применения во встраиваемых системах.

Алексей Сигаев

Работу с процессорами семейства x86 фирма AMD, как и ряд других, начинала с выпуска лицензированных у InteL прототипов. Однако с появлением 80486 ситуация несколько изменилась. AMD стала самостоятельно заниматься разработками процессоров, совместимых с семейством x86, чем вызвала сильное недовольство InteL и долгие судебные разбирательства по поводу лицензирования. И если первые изделия практически целиком повторяли оригинал, то последнее детище AMD — AthLon ^7) — сильно отличается от процессоров InteL, что не помешало ему быстро завоевать огромную популярность.

Идея применения процессоров семейства x86 во встраиваемых системах была заложена еще InteL, которая выпустила встраиваемые варианты своих кристаллов 1186, 1386, а позднее и 1486. Примене-

ние подобных процессоров во встраиваемых системах удобно в первую очередь с точки зрения разработки, поскольку практически единственным средством, необходимым разработчику, является персональный компьютер. Кроме того, для семейства x86 накоплено огромное количество программного обеспечения, которое с минимальными переделками может быть адаптировано для работы во встраиваемых системах, а также отсутствует необходимость приобретения специальных средств симуляции и отладки, поскольку всю разработку ПО, включая отладку, можно производить с использованием PC в качестве эмулятора. Однако применение интеловских встраиваемых процессоров несколько сдерживали два фактора — их относительно большое энергопотребление и слабо развитая периферия, не отвечающая современным требованиям.

Таблица 1. Характеристики микроконтроллеров Am186Ex

Для восполнения этого пробела параллельно развитию х86 фирма AMD разработала новое семейство — Е86ТМ, состоящее из 16- и 32-разрядных встраиваемых процессоров (рис. 1).

Все семейство можно разделить на три группы:

■ процессоры семейства х86 с пониженным энергопотреблением и расширенными средствами управления рабочей частотой (Ат386, Ат486, AMD-K6E, AMD-K6-2E);

■ 16-разрядные микроконтроллеры Ат186, базирующиеся на ядре процессора 1186 и обладающие развитой встроенной периферией;

■ 32-разрядные микроконтроллеры, базирующиеся на ядрах процессоров 386 (Е1ап-SC300, Е^С310), 486 (Е1ап5С400, Е1ап-SC410) и Ат5х86 (Е1ап5С520) и содержащие все необходимое для построения РС-совместимой системы.

Остановимся более подробно на семействах Ат186 и Е1ап5С.

Рис. 1

1. Семейство микроконтроллеров Ат186

Оно представлено двумя группами микроконтроллеров — Ат186Ех и Ат186Сх.

1.1. Микроконтроллеры общего назначения Ат186Ех

В группу Ат186Ех входят четыре кристалла из Ат186 (рис. 2). В каждом микроконтроллере помимо ядра содержатся PLL для генерации тактовой частоты, 3 таймера, 2 канала DMA, контроллер прерываний, логика дешифрации адресов памяти и 32-разрядный параллельный порт. Все микроконтроллеры имеют раздельные шины адреса и данных, что позволяет им работать на достаточно высокой частоте даже при использовании медленной памяти. Также для всех чипов, кроме Am186ED, имеется версия с восьмибитной шиной данных (Ат188Ех). Кроме того, микроконтроллеры могут содержать один или несколько контроллеров последовательных приемопередатчиков, динамической памяти

или 32 Кбайта статической памяти. Более подробные характеристики микроконтроллеров группы Am186Ex приведены в табл. 1.

1.2. Коммуникационные микроконтроллеры Am186Cx

Вторую группу Am186 составляют коммуникационные микроконтроллеры Am186Cx (рис. 3), которые являются дальнейшим развитием семейства Am186 и, помимо стандартного комплекта периферийных устройств, включают в себя также различные коммуникационные контроллеры. Всего в эту группу входят три чипа, базовый набор периферии которых состоит из контроллеров прерываний, прямого доступа к памяти, синхронного и асинхронного последовательных интерфейсов, таймеров и логики дешифрации адресов памяти. Так же как и микроконтроллеры Am186Ex, Am186Cx имеют раздельные шины адреса и данных и соответствующие аналоги с восьмибитной внешней шиной данных. Кроме того, микроконтроллеры данной группы полностью совместимы между собой по расположению выводов. Помимо стандартного набора периферии коммуникационные микроконтроллеры Am186Cx могут иметь в своем составе контроллеры USB и HDLC, что определяет основную область их применения — телекоммуникационные устройства. Характеристики коммуникационных микроконтроллеров Am186Cx приведены в табл. 2.

2. Встраиваемые контроллеры ElanSC

2.1. ElanSC300, ElanSC310

Семейство встраиваемых контроллеров ELanSC3x0 является дальнейшим развитием процессора Intel i386EX. Они основаны на

Таблица 2. Характеристики микроконтроллеров Am186Cx

Am186ED

Controller

Am186ES

Controller

Am186ER

Controller

Рис. 2

Am186EM

Controller

Ат’Шб'ХС

Communications

Controller

Рис. 3

ядре Am386SXLV и рассчитаны на работу на частотах до 33 МГц. Тактовая частота, необходимая для работы процессора, получается из частоты 32 кГц с использованием встроенной PLL. В состав контроллера ELanSC300 (рис. 4) включена практически вся периферия, необходимая для построения законченной PC-совместимой системы. Кроме того, наличие LCD и PCMCIA-контроллеров, а также низкое энергопотребление и развитая система энергосбережения и управления рабочей частотой позволяют использовать этот процессор для по-

Am186CU

USB

Controller

строения портативных систем с батарейным питанием. Основные отличия контроллера ELanSC300 от i386EX заключены в наличии в нем встроенного контроллера PCMCIA, CGA-совместимого контроллера LCD, а также полностью PC-совместимого контроллера DMA и гибкого контроллера памяти. Отличие ELanSC310 (рис. 5) от ELanSC300 заключено в отсутствии в нем контроллеров PCMCIA и LCD, то есть фактически ELanSC310 представляет собой облегченный вариант ELanSC300. Контроллеры имеют раздельные шины адреса и

данных, причем ширина внешней шины данных может составлять у обоих контроллеров как 8, так и 16 бит. Подробные характеристики контроллеров ELaпSC3x0 приведены в табл. 3. Отметим, что эти контроллеры не рекомендованы для использования в новых разработках — их производительность и цена не превосходят таковых у Ат186, работающими на высоких тактовых частотах, в то время как функциональные возможности последних гораздо шире.

2.2. Е1апБС400, Е1апБС410

Семейство контроллеров ELanSC4x0 (рис. 6) является развитием семейства Е1ап5С3х0. Отличие состоит в использовании более производительного ядра Am486SLE, пониженном (в сравнении с ELanSC3x0) напряжении питания и небольших изменениях в составе интегрированных периферийных устройств. Частота работы ELanSC4x0 может доходить до 100 МГц. Также, в сравнении с контроллерами серии Е1ап5С3х0 в Е1ап5С400, появился встроенный МА-контроллер. Отличие Е1ап5С410

Рис. 4

El ;î И 5 С !!-D¡Il

Таблица 3. Характеристики контроллеров серий EELanSC3x0 и EELanSC4x0

Контроллер Е^С300 ElanSC310 Е^С400 Е^С410

Процессорное ядро Ат386БХи/ Am386SXLV Am486SLE Am486SLE

Тактовая частота, 3,3 В 25, 33 25, 33 33, 66, 100 33, 66, 100

Температурный диапазон К, И К, И К, И (33, 66) К, И (33, 66)

Корпус PQFP208, TQFP208 PQFP208, TQFP208 BGA292 BGA292

Ширина шины данных, внутренняя/внешняя 32/8, 16 32/8, 16 32/8, 16, 32 32/8, 16, 32

Размер кэш-памяти - - 8 Кбайт WB, WT 8 Кбайт WB, WT

Максимальный потребляемый ток, 3,3 В 5,5 мА/МГц 5,5 мА/МГц 6,2 мА/МГц 6,2 мА/МГц

Порт JTAG Есть Есть Есть Есть

Напряжение питания ядра 3,3 В, 5,0 В 3,3 В, 5,0 В 2,7 В, 3,3 В 2,7 В, 3,3 В

Совместимость ввода/вывода 5,0 В 5,0 В 5,0 В 5,0 В

Шина общего назначения 8, 16 бит 1БА 8, 16 бит ISA 8, 16 бит КА 8, 16 бит КА

Шина расширения 16 бит VL 16 бит VL 32 бит VL 32 бит VL

Встроенная PC/AT совместимая периферия Да Да Да Да

Число каналов DMA всего/внешних 7/7 7/7 7/2 7/2

Контроллеры прерываний 2 2 2 2

Двунаправленный параллельный порт Есть Есть Есть Есть

Последовательный порт (UART) 16450-совместимый 16450-совместимый 16550-совместимый 16550-совместимый

Клавиатурный интерфейс ХТ XT ХТ, матрица ХТ, матрица

Выводы общего назначения 9 9 32 32

IrDA контроллер Нет Нет Есть Нет

PC Card контроллер/число слотов РСМС1А 2.0/2 Нет РСМС1А 2.1/2 Нет

Контроллер LCD Есть Нет Есть Нет

ElanSC310 Embedded Microcontroller

Рис. 5

чип имеет встроенные средства отладки для поддержки технологии AMDebug (рис. 8), что значительно упрощает отладку программного обеспечения в законченной системе. В целом встраиваемый контроллер ELanSC520 позволяет создать PC/AT-совместимую систему, обходясь минимумом дополнительных внешних компонентов. В качестве примера можно привести ELanSC520 MicrocontroLLer Customer DeveLopment PLatform (ELanSC520 CDT), которая фактически представляет собой материнскую плату AT форм-фактора, имеет 3 PCI,

контроллеров имеет целый ряд преимуществ, и в первую очередь это, конечно, наличие у разработчиков большого опыта работы с такими системами, простота их отладки, большое количество инструментальных средств разработки (компиляторы, отладчики и т. п.). Кроме того, AMD предоставляет в качестве примеров целый ряд систем, созданных с использованием микроконтроллеров семейства E86TM, наибольший интерес из которых вызывают такие достаточно сложные устройства, как ISDN Terminal Adapter и ISDN-to-

от ELanSC400, как и в серии ELanSC3x0, заключается в отсутствии в первом LCD-, IrDA- и PCMCIA-контроллеров. Сравнительные характеристики контроллеров серии ELanSC4x0 также приведены в табл. 3.

2.3. ElanSC520

ELanSC520 (рис. 7) — последняя разработка фирмы AMD в области х86-совместимых встраиваемых контроллеров. Он основан на процессорном ядре Am5x86, работающем на частоте до 133 МГц, и является единственным х86-совместимым встраиваемым контроллером, имеющим модуль для вычислений с плавающей точкой (FPU). Помимо стандартного набора периферийных устройств, в чип интегрированы также контроллер SDRAM-памяти, поддерживающий до 256 Мбайт ОЗУ в четырех банках, и контроллер 32-битной шины PCI, соответствующий стандарту версии 2.2. Последнее позволяет при разработке систем на этом чипе использовать совместно с ним практически любую современную периферию. Для устранения задержек, связанных с ожиданием памяти, на кристалле размещено 16 Кбайт WriteBack кэш-памяти. Кроме того,

Рис. 8

2 КА и 2 DIMM слота, а также интегрированный 10/100 Е^ете^контроллер.

В заключение хотелось бы отметить, что использование х86-совместимых встраиваемых

Ethernet Router. Также AMD свободно распространяет примеры программирования (CodeKit Software Packages), которые значительно облегчают разработку систем.

Ат486°

Core

Mobile Logic Blocks

SW Compatibility Blocks

■у» ww

Рис. 6

Ґ \

Am5,86*

Core

пнчЮ O000O

I-----------*—(a)—î—î—î—î—î—*

GD

î .

SDRAM GP

Рис. 7