Clasificación De Microcontroladores MCU

 Cada MC está diseñado para realizar su propia gama de tareas, y muy a menudo estos «círculos» se superponen. Los fabricantes de MC, espian las novedades de las demás y las introducen rápidamente en producción. Por lo tanto, nacen  Microcontroladores  funcionalmente idénticos, y con ellos estructuras gemelas, que se diferencian entre sí solo en el microcircuito de control.

Hoy en día no existe una clasificación establecida para los microcontroladores,   es una clase de dispositivos electrónicos relativamente nuevo y de rápido desarrollo, por lo que llevará algún tiempo estructurar el sistema.

De las principales características de «formación de clases», se pueden distinguir las siguientes.

  1. se pueden Clasificar  las  MCU según el ancho del bus de datos de la CPU:
  • 4 bits (Atmel MARC4, Winbond W742, NEC uPD75, etc.);
  • 8 bits (Intel MCS-48, Intel MCS-51, Atmel ATtiny / ATmega / ATXmega, Microchip PIC12 / 16/18, Zilog Z86, etc.);
  • 16 bits (Intel MCS-96, Texas Instruments MSP430, Motorola 68HC16, Fujitsu MB90, Infineon C16, Mitsubishi M16C, Microchip PIC24, etc.);
  • 32 bits (Atmel ARM, Fujitsu MB91, NEC V850, NXP LPC2xxx, etc.).

Para los equipos de aficionados, por supuesto, eligen algo más simple, más barato y con menos profundidad de bits (pero no tan pequeño como los obsoletos 4 bits). Los más populares hoy en día son los MCU de 8 bits. Los profesionales prefieren una mayor profundidad de bits.

El antepasado de las MCU de 8 bits es Intel, que ha dominado la línea de familias básicas MCS-48, MCS-51, MCS-251. Competían con los microprocesadores dominantes en esos años. En el futuro, Intel cambió a la producción de modelos exclusivamente de 16 bits y, para su mérito, no prohibió judicialmente la clonación de controladores compatibles con MCS por parte de desarrolladores externos.

Los líderes de ventas actuales entre las MCU de 8 bits son Atmel y Microchip. Están muy por delante de sus competidores más cercanos.

  1. Clasificación de Microcontroladores de acuerdo a  la arquitectura del sistema informático:
  • CISC (Computación de conjunto de instrucciones complejas);
  • RISC (Computación de conjunto de instrucciones reducido).

Las primeras MCU tenían la arquitectura CISC estándar que se usaba en las computadoras de escritorio de la época. Características de CISC: los comandos se ejecutan uno por uno y tienen diferente longitud y estructura. La obtención de un comando de la memoria se realiza byte a byte y se realiza en varios ciclos de reloj. La arquitectura CISC tiene: MK de la familia Motorola HC05 / HC08, MK con el núcleo MCS-51, MK de la familia Infineon C500 y varios otros.

A principios de la década de 1980, se desarrolló una nueva arquitectura con el prometedor nombre RISC (la abreviatura fue propuesta por D. Patterson de la Universidad de California en Berkeley, EE. UU.). La idea principal es reemplazar comandos complejos con comandos simples del mismo tipo y ejecutarlos como un solo hilo en una tubería paralela. Todas las instrucciones tienen una longitud fija e idealmente deberían ejecutarse en uno, en lugar de varios, ciclos de reloj, logrando así un mayor rendimiento.

Uno de los primeros MCU con arquitectura RISC fue el controlador PIC 16C54 de Microchip. Gracias a su alto rendimiento y tres docenas de comandos fáciles de recordar, los controladores PIC ganaron rápidamente popularidad en todo el mundo. Pronto, su ejemplo fue seguido por desarrolladores de Atmel, Scenix y otros.

 

La arquitectura RISC en MK ahora está fuera de competencia. Incluso los clones más recientes de controladores que son compatibles con MCS-51 difieren de sus antepasados ​​principalmente en el cambio de arquitectura. Esto se puede ver claramente en el ejemplo de los productos de Atmel: el chip AT89C2051 (CISC) «antiguo» frente a los chips AT89S2051, AT89LP2052 (RISC) «nuevos» mejorados.

Desde el punto de vista de los principios de diseño de sistemas informáticos, se distinguen las arquitecturas de Princeton y Harvard. Ambos nombres están asociados con universidades del mismo nombre en los Estados Unidos.

La arquitectura de Princeton fue desarrollada por John von Neumann e independientemente por Academician S.A. Lebedev. Utiliza memoria compartida para almacenar programas y datos (Fig. 1.8). La principal ventaja radica en la simplificación de los circuitos de la CPU y en la flexibilidad en la asignación de recursos entre áreas de memoria.

Una característica de la arquitectura de Harvard es la presencia de espacios de direcciones separados para almacenar comandos y datos (Fig. 1.9). Esta arquitectura casi nunca se utilizó hasta finales de la década de 1970, cuando los desarrolladores de MK finalmente se dieron cuenta de que era precisamente esta arquitectura la que les daba ciertas ventajas. En particular, el análisis de programas reales muestra que la cantidad de datos MC usados ​​para almacenar resultados intermedios es aproximadamente un orden de magnitud menor que la cantidad requerida de memoria de programa. Esto significa que puede reducir el ancho de bits del bus de datos, reducir la cantidad de transistores en un microcircuito y, al mismo tiempo, acelerar el acceso a la información en ambos «hemisferios» de la memoria. Como resultado, la mayoría de las MCU modernas utilizan ahora la arquitectura RISC al estilo de Harvard.

  1. Clasificación de MK por plataformas propietarias.

La palabra «plataforma» entró en uso como un medio para designar un complejo que consta de estándares internos, tecnologías, características de diseño y conocimientos técnicos patentados. Por ejemplo, Atmel y Silicon Laboratories profesan diferentes ideologías en la arquitectura de un sistema de microprocesador, diferentes circuitos y tecnología para fabricar celdas de memoria de transistores y un enfoque diferente para clasificar las herramientas de depuración y programación. Como resultado, sus MCU difieren en parámetros eléctricos, aplicaciones y popularidad en el mercado.

Por ejemplo, la Fig. 1.10 muestra los principales fabricantes extranjeros, caracterizados por plataformas claramente marcadas.

  1. Clasificación de MKpo realizada por funciones:
  • universal;
  • especializado.

El primero en aparecer fue el MC de propósito general con un conjunto universal de funciones. El «conjunto de caballeros» de sus nodos de hardware incluía: puertos de E / S, temporizadores / contadores, un canal de acceso serie UART, un comparador analógico. Como el MC se integró en varios electrodomésticos, resultó que la mayoría de sus funciones estaban «inactivas» y se dedicaba demasiado tiempo de la máquina a realizar tareas específicas. Para llenar el nicho resultante, se desarrollaron MC especializados, «afilados» para áreas específicas de aplicación, por ejemplo, para un controlador de motor paso a paso, para un decodificador MP3, para conectar una pantalla LCD de caracteres, para un adaptador Ethernet, etc.

Los MCU universales modernos han tomado prestadas interfaces muy útiles de hermanos especializados: Serial Bus, SPI, USB, CAN. Además, el módulo modulador de ancho de pulso (PWM) y el ADC interno han pasado de la categoría de curiosidades a la especificación obligatoria de los parámetros de muchas MCU. Los siguientes en la línea son las células DAC, Ethernet y FPGA.

La gama de desarrollos de radioaficionados es tan grande que no puede predecir el conjunto requerido de nodos de hardware por adelantado. Por lo tanto, es más práctico utilizar MK universal. En el futuro, la transición a controladores especializados será mucho más fácil, ya que tienen una metodología común.

  1. Clasificación por familias de MK de 8 bits:
  • Núcleo MCS-51 – АТ89Сх051, АТ89С5х, AT89S (Atmel), DS89 (Maxim / Dallas);
  • Núcleo AVR: ATtiny, AT90S, ATmega, ATXmega (Atmel);
  • Núcleo PIC – PIC10, PIC12, PIC16, PIC18 (Microchip).
  • Núcleo SX: SXxxx (Ubicom, anteriormente Scenix);
  • 68HC core – 68HC08, 68HC12 (Freescale Semiconductor, anteriormente Motorola);
  • Núcleo ST – ST62, ST7 (STMicroelectronics, anteriormente SGS-THOMSON);
  • núcleo CIP-51 – C8051 (Silicon Laboratories, anteriormente Cygnal Integrated);
  • núcleo 8052 – W78E516 (Winbond);
  • el núcleo «TESEY» – KP1878BE1 («Angstrem»).

Conceptos como «familia», «plataforma», «núcleo», «arquitectura» se interpretan de diferentes maneras en diferentes fuentes. A veces, simplemente se consideran sinónimos, lo que en la mayoría de los casos no es importante. Sin embargo, para mayor precisión, se sugiere utilizar los siguientes términos.

«Core» es el dispositivo básico de un sistema informático interno. El núcleo define el conjunto de instrucciones, la interfaz del bus, la arquitectura de la memoria, es decir, diferencias fundamentales entre «calculadoras» entre sí. Distinga MC con MCS-51, AVR, ARM7, ARM9, PIC16, PIC18, etc. El núcleo del procesador puede ser el mismo, pero los fabricantes pueden ser diferentes.

«Familia»: grupo de microcircuitos con un núcleo, que tienen aproximadamente el mismo conjunto de software y funciones periféricas. Una familia se puede dividir en subfamilias más pequeñas.

«Serie», «línea» es un nombre de marca o eslogan publicitario, por ejemplo, serie «Classic», serie «tinyAVR», línea «MegaPIC». También hay nombres genéricos como «una línea de MCU de 16 bits de uso general».

«Modelo»: varios microcircuitos de la misma familia, que se diferencian entre sí en números secundarios (letras) en el nombre, lo que determina un rango de temperatura diferente, frecuencia de reloj, versión de caja, fuente de alimentación.

Ejemplo 1. El microcircuito AT89S51-33PI pertenece a la plataforma Atmel, la arquitectura CISC tipo Harvard, el núcleo MCS-51, la familia AT89S, el modelo AT89S51. ZZ-PI significa velocidad de reloj máxima de 33 MHz, paquete DIP y rango de temperatura de funcionamiento industrial.

Ejemplo 2. El microcircuito ATmegal28L-8AU se refiere a la plataforma Atmel, la arquitectura RISC tipo Harvard, el núcleo AVR, la serie MegaAVR, la familia ATmega, el modelo ATmega 128. La inscripción «L-8AU» define los parámetros eléctricos, de frecuencia, temperatura y diseño.

Ejemplo 3. El microcircuito PIC18LF2455-I / SP pertenece a la plataforma Microchip, la arquitectura RISC tipo Harvard, el núcleo PIC18, la familia PIC18F, el modelo PIC18F2455. La letra «L» indica el rango extendido de la fuente de alimentación y la letra «I / SP» define el rango de temperatura y el tipo de paquete de microcircuitos.

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