MSP430

MSP430 — семейство 16-разрядных микроконтроллеров фирмы «Texas Instruments».

MSP430.

История создания и особенные характеристики

Первый контроллер с аббревиатурой MSP430 появился в 1992 году [1]. «TI» 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 объемом флеш-памяти от единиц до 512 килобайт и ОЗУ до 64 килобайт. Тактовые частоты ядра — до 25 МГц.

Система команд MSP430

MSP430 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.

MSP430 система команд
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.

MSP430 Режим адресации
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). x(PC) Операнд 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

Другие 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 ) 
      имеются и другие возможные операции для формирования задержки выполнения программного кода

Примечание: приведена форма записи команд без указания на тип операндов байт/слово.

Поддерживаемый формат команд ассемблером в мнемонике имеет указание на тип обрабатываемых данных.

Примечания

BY STEPHEN EVANCZUK. The most-popular MCUs ever (англ.) (неопр.) ?. https://www.edn.com/ (20 августа 2013).

Ссылки

Компиляторы и ассемблеры

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

Эмуляторы

MSPSim — написанный на Java эмулятор MSP430

Полезные ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] BY STEPHEN EVANCZUK. The most-popular MCUs ever (англ.) (неопр.) ?. https://www.edn.com/ (20 августа 2013).