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1、第二章 MSP430 体系结构,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.pt,MSP430 体系结构,MSP430单片机的主要功能部件,3,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.pt,MSP430 体系结构,结构框图:,MSP430单片机的结构特征 16位精简指令集CPU通过地址总线和数据总线直接与存储器和片上外设相连； 单片机内部包含嵌入式仿真系统，具有JTAG/SBW接口； 智能时钟系统支持多种时钟
2、，能够最大限度地降低功耗； DMA控制器可显著地提高程序执行效率。,MSP430 体系结构,MSP430单片机采用的是冯诺依曼结构。 冯诺依曼结构是一种将程序存储器和数据存储器合并在一起，指令和数据共享同一总线的存储器结构。,MSP430单片机的结构特征 16位精简指令集CPU通过地址总线和数据总线直接与存储器和片上外设相连； 单片机内部包含嵌入式仿真系统，具有JTAG/SBW接口； 智能时钟系统支持多种时钟，能够最大限度地降低功耗； DMA控制器可显著地提高程序执行效率。,MSP430 体系结构,MSP430单片机采用的是冯诺依曼结构。 冯诺依曼结构是一种将程序存储器和数据存储器合并在一起，
3、指令和数据共享同一总线的存储器结构。,MSP430F6638主要特性概括,MSP430F6638,MSP430F6638,功能列表,MSP430F6638,F6638结构框图,MSP430F6638,单片机的中央处理器CPU,CPU的主要特征： 精简指令集RISC正交架构； 具有丰富的寄存器资源，包括PC（程序计数器）、SR（状态寄存器）、SP（堆栈指针）、CG2（常数发生器）和通用寄存器； 单周期寄存器操作； 20位地址总线； 16位数据总线； 直接的存储器到存储器访问； 字节、字和20位操作方式。,中央处理器（CPU）是单片机的核心部件，其性能直接关系到单片机的处理能力。MSP430的CP
4、U采用16位精简指令系统，集成了多个20位的寄存器（状态寄存器为16位）和常数发生器，能够发挥代码的最高效率。 存储空间采用冯诺依曼结构，物理上完全分离的存储区域被安排在同一地址空间。这种存储器组织方式和CPU采用的精简指令系统相互配合，使得对片上外设的访问不需要单独的指令，为软件的开发和调试提供了便利。,MSP430单片机CPU内部由一个16位或者20位的ALU（算术逻辑单元）、十六个寄存器和一个指令控制单元构成,CPU的结构,单片机的中央处理器,寄存器是CPU的重要组成部分，是有限存储容量的高速存储部件，它们可用来暂存指令、数据和地址。 寄存器位于内存空间中的最顶端。 寄存器操作是系统操作
5、最快速的途径，可以减短指令执行的时间，能够在一个周期之内完成寄存器与寄存器之间的操作。 在MSP430F5xx/6xx系列单片机的CPU中，R4R15为具有通常用途的寄存器，用来保存参加运算的数据及运算的中间结果，也可用来存放地址。R0R3为具有特殊功能的寄存器，单片机的寄存器资源简要说明如表所示。,单片机的中央处理器,表 MSP430F5xx/6xx系列单片机CPU的寄存器资源说明,16,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.pt,中央处理器(MSP430 CPU),R2:状态寄存器(SR):存
6、储状态位和控制位;CPU自动改变系统标志位;保留位用来支持常量发生器.,R4-R15通用寄存器：可以用来保存数据值、地址指针或者索引值，可以通过字节或字指令访问它们。,MSP430单片机的存储器,本节以MSP430F6638单片机为例介绍MSP430单片机的存储空间结构。MSP430F6638单片机具有512KB程序存储器、（16+2）KB RAM存储器（当USB模块禁止时，获得额外的2KB RAM）及相应的外围模块寄存器，其存储空间分配情况如图所示。,18,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.
7、pt,映射到单个/连续地址空间： 所有存储器， 包括RAM,Flash/ROM, 信息内存， 特殊功能寄存器(SFRs), 外设寄存器。 内存映射：,存储器映像,特殊功能寄存器,3.4 MSP430单片机的存储器,MSP430不同系列单片机的存储空间的分布有很多相同之处： 存储空间结构顺序相同，MSP430不同系列单片机存储空间结构相同，其内部各个模块顺序也相同； 中断向量表具有相同的存储空间地址上限，为0FFFFh； 当两段存储器存储地址不能相连时，中间为空白区域； 特殊功能寄存器永远在存储空间的底部。,由于器件所属型号不同，存储空间的分布也存在一些差异： 不同型号器件的程序存储器、RAM、
8、信息存储器等大小不同； 中断向量的具体内容因器件不同而不同； 不同型号器件的外围模块地址范围内的具体内容不同； 较低型号的MSP430单片机特殊功能寄存器地址从00000h开始，较高型号的MSP430单片机存储器底层开辟出一段保留区，以供存储器拓展。,3.4 MSP430单片机的存储器,MSP430F6638单片机的程序存储器共512kB，所在存储区间地址段为008000h00FFFFh。程序存储器分为两种：中断向量表和用户程序代码段。 中断向量表的存储空间为00FF80h00FFFFh，中断向量表内含有相应中断服务程序的16位入口地址。当MSP430单片机片内模块的中断请求被响应时，MSP4
9、30单片机首先保护断点，之后从中断向量表中查表得到相应中断服务程序的入口地址，然后执行相应的中断服务程序。 用户程序代码段一般用来存放程序、常数或表格。MSP430单片机的存储结构允许存放大的数表，并且可以用所有的字和字节访问这些表。这一点为提高编程的灵活性和节省程序存储空间带来了好处。表处理可带来快速清晰的编程风格，特别对于传感器应用，为了数据线性化和补偿，将传感器数据存入表中做表处理，是一种很好的方法。,3.4 MSP430单片机的存储器,MSP430F6638单片机的RAM存储器16KB，所在存储空间地址段为002400h0063FFh。RAM存储器一般用于堆栈和变量，如存放经常变化的数
10、据：采集到的数据、输入的变量、运算的中间结果等。 堆栈是具有先进后出特殊操作的一段数据存储单元，可以在子程序调用、中断处理或者函数调用过程中保护程序指针、参数、寄存器等，但在程序执行的过程中，要防止产生由于堆栈的溢出而导致系统复位的现象，例如中断的不断嵌套而导致堆栈溢出等。 MSP430F6638单片机的USB通信模块具有2kB的RAM缓冲区。当USB通信模块禁用时，这2kB的RAM缓冲区也可作为系统的RAM存储器使用。,3.4 MSP430单片机的存储器,MSP430F6638单片机的信息存储器（Information Memory）所在存储空间地址段为001800Fh0019FFh。信息存
11、储器类型为Flash类型，非RAM类型，掉电后数据不会丢失。该段区域内数据可通过Flash控制器进行擦除、写入或读取操作。信息存储器可用于存储掉电后需要保存的重要数据，等系统再次上电时，可通过读取信息存储器的内容以获得系统掉电之前保存的重要数据，使系统按照之前的状态继续运行。,3.4 MSP430单片机的存储器,MSP430F5529单片机的引导存储器BSL（Bootstrap Loader Memory）所在存储空间地址段为0010000017FFh。引导存储器类型也为Flash类型，BSL允许用户利用所定义的密码通过各种通信接口（USB或UART）访问内存空间，可以实现程序代码的读/写操作
12、，利用引导存储器只需几根线就可以修改、运行内部的程序，为系统软件的升级提供了又一种方便的手段。,3.4 MSP430单片机的存储器,MSP430F6638单片机的外围模块寄存器所在存储空间地址段为000000h000FFFh，都可以通过软件进行访问和控制。 MSP430单片机可以像访问普通RAM单元一样对这些寄存器进行操作。这些寄存器也分为字节结构和字结构。 不同系列MSP430单片机的外围模块寄存器数量不同，具体请参考具体芯片的数据手册。 MSP430F5529的外围模块寄存器地址分配如表3.4.1所示，各外围模块寄存器内容请参考以后介绍片内外设各章节内容。MSP430F6638未找到。,表
13、3.4.1 MSP430F5529外围模块寄存器地址分配列表,3.4 MSP430单片机的存储器,MSP430F5529单片机的特殊功能寄存器所在的存储空间地址段为0000h000Fh。不同系列的MSP430单片机特殊功能寄存器数量不同，MSP430F5529单片机特殊功能寄存器如表3.4.2所示。,表3.4.2 MSP430F5529特殊功能寄存器列表（基址为00100h）,Table 5. Interrupt Sources, Flags, and Vectors of MSP430F663x Configurations,中断向量表,映射到存储器空间的最后一段区域(Flash/ROM中最
14、后256个字节): 00FF80h - 00FFFFh (6638); 中断向量表优先级随着字地址的增加而递增.,29,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.pt,寻址模式,源操作数的7种寻址模式 : 地址操作数的4种寻址模式: 寄存器模式;变址模式;符号模式;绝对模式. 对于目的操作数，可以使用额外的两种地址模式。,30,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.pt,指令集,27条内核指令 24条仿真
15、指令 指令集正交 CPU将内核指令解码成唯一的操作码，汇编器和编译器用来生成仿真指令的助记符 有三种内核指令格式： 双操作数 单操作数 程序流控制-跳转,31,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.pt,小测验(1/7),1. MSP430 CPU有多少种类型的指令 : (a) 27种内核指令 (b) 20种内核指令和14种仿真指令 (c) 27种内核指令和24种仿真指令 (d) 24种内核指令 2. MSP430 RISC型CPU是指: (a) 基于精简指令集 (b) 基于纯模式匹配和指令的缺省
16、 (c) 基于复杂指令集 (d) 不需要外设连接的CPU,32,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.pt,小测验 (2/7),3. 冯诺依曼架构用于MSP430: (a) 数据存储器全部包含在数据处理单元里 (b) 指令和数据的存储器和信号路径物理上是分开的 (c) 外设有一条独立总线 (d) 有程序、数据存储器和外设共享一个通用总线结构,4. MSP430 CPU的ALU处理: (a) 加、减、乘、除运算 (b) 加、减、比较、逻辑运算(与、或、异或) (c) 加、减、乘、比较运算 (d) 加、减、乘、逻辑运算(与、或、异或),33,Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved www.msp430.ubi.pt,小测验 (4/7),5. MSP430 CPU 有: (a) 14个寄存器(2个专用
