MSP430

MSP430

MSP430 — семейство 16-разрядных микроконтроллеров фирмы Texas Instruments.

История создания и особенные характеристики

Первый 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

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.

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.

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). 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

Другие команды, поддерживаемые ассемблером MSP430, образуются из основных и именуются эмулируемыми (способ получения — в скобках). Общее число поддерживаемых ассемблером эмулируемых команд — 24:

  1. CLRZ — очистка флага Z регистра состояния процессора (PSW) (BIC #2,SR).
  2. CLRN — очистка флага N регистра состояния процессора (PSW) (BIC #4,SR).
  3. CLRC — очистка флага C регистра состояния процессора (PSW) (BIC #1,SR).
  4. SETZ — установка флага Z регистра состояния процессора (PSW) (BIS #2,SR).
  5. SETN — установка флага N регистра состояния процессора (PSW) (BIS #4,SR).
  6. SETC — установка флага C регистра состояния процессора (PSW) (BIS #1,SR).
  7. EINT — разрешение прерываний (BIC #8,SR).
  8. DINT — запрещение прерываний (BIS #8,SR).
  9. CLR dst — очистка операнда (MOV #0,dst).
  10. TST dst — проверка операнда на ноль (CMP #0,dst).
  11. INV dst — инвертирование битов операнда (XOR #-1,dst).
  12. ADC dst — прибавление переноса к операнду (ADDC #0,dst).
  13. DADC dst — десятичное сложение переноса с получателем (DADD #0,dst).
  14. SBC dst — вычитание переноса из операнда (SUBC #0,dst).
  15. INC dst — инкремент операнда (ADD #1,dst).
  16. DEC dst — декремент операнда (SUB #1,dst)
  17. INCD dst — увеличение на 2 операнда (ADD #2,dst).
  18. DECD dst — уменьшение на 2 операнда (SUB #2,dst).
  19. RLA dst — сдвиг влево операнда, флаг переноса заполняется из старшего бита, а младший бит — результата −0 (ADD dst, dst).
  20. RLC dst — сдвиг влево операнда с использованием переноса (ADDC dst, dst).
  21. RET — возврат из подпрограммы (MOV @sp+,pc).
  22. POP dst — извлечение операнд из стека (MOV @sp+,dst).
  23. BR dst — переход в программе, используя операнд (MOV dst, pc).
  24. 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

  1. ↑ 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

  • 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

  • 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

  • Русский форум разработчиков электронной аппаратуры
  • MSP430 Руководство пользователя
  • Texas Instruments Embedded Processors Wiki
Перейти к шаблону «Микроконтроллеры»
Архитектура
8 бит
16 бит
  • MSP430
  • MCS-96
  • MCS-296
  • PIC24
  • MAXQ
  • Nios
  • 68HC12
  • 68HC16
  • CR16/C
32 бита
Микросхемы фирмы ST в DIP14 корпусе
Производители
Компоненты
Периферия
Интерфейсы
ОС
Программирование