Семейство MCS-251

Изначально наиболее “узкими” местами архитектуры MCS-51 были восьмиразрядное АЛУ на базе аккумулятора и относительно медленное выполнение инструкций (для самых "быстрых" из них требуется 12 периодов тактовой частоты). Это ограничивало применение МК семейства в устройствах, требующих повышенного быстродействия и сложных вычислений (16- и 32-битных). Насущным стал вопрос принципиальной модернизации старой архитектуры. Проблема осложнялась тем, что к началу 90-х годов уже была создана масса наработок в области программного и аппаратного обеспечения, и одной из основных задач разработки новой архитектуры стала реализация аппаратной и программной совместимости со старыми разработками на базе MCS-51. Для решения этой задачи была создана совместная группа из специалистов компаний Intel и Philips, но позднее пути этих двух фирм разошлись. В результате в 1995 г. появилось два существенно различающихся семейства: MCS-251/151 у Intel и 51XA у Philips .
Основные характеристики архитектуры MSC-251:

24-разрядное линейное адресное пространство, обеспечивающее адресацию до 16 Mбайт памяти;

регистровая архитектура, допускающая обращение к регистрам как к байтам, словам и двойным словам;

страничный режим адресации для ускорения выборки инструкций из внешней программной памяти;

очередь инструкций;

расширенный набор команд, включающий 16-битные арифметические и логические инструкции;

расширенное до 64 Кбайт адресное пространство стека;

выполнение самой "быстрой" инструкции за два такта;

совместимость на уровне двоичного кода с программами для MCS-51.

Система команд MCS-251 построена на базе двух наборов инструкций: первый является копией системы команд MCS-51, а второй состоит из расширенных инструкций, реализующих преимущества архитектуры MSC-251. Перед использованием МК его необходимо сконфигурировать, т. е. с помощью программатора "прожечь" конфигурационные байты, определяющие, какой из наборов инструкций станет активным после включения питания.Если установить набор инструкций MCS-51, то MSC-251 будет совместим с MCS-51 на уровне двоичного кода (режим Binary Mode). Расширенные инструкции в этом режиме также доступны, но через "форточку" - зарезервированный код инструкции 0A5H. Естественно, длина каждой расширенной инструкции увеличивается в таком случае на 1 байт.

Если же изначально установить набор расширенных инструкций, то программы, написанные для MCS-51, потребуют перекомпиляции на кросс-средствах для MCS-51, так как теперь уже стандартные инструкции будут доступны через ту же "форточку" 0A5H и длина их также увеличится на 1 байт. Такой режим называется Source Mode. Он позволяет с максимальной эффективностью использовать расширенные инструкции и достигнуть наибольшего быстродействия, но требует переработки программного обеспечения.

Для пользователей, ориентированных на применение MCS-251 в качестве механической замены MCS-51, фирма Intel выпускает МК MCS-251 с уже запрограммированными битами конфигурации в состоянии Binary Mode. Такие МК получили обозначение MCS-151.

Помимо Intel, МК MCS-251 по ее лицензии выпускает компания Temic Semiconductors. Подробную информацию о ее продукции можно получить на web-site фирмы.Основные технические характеристики МК семейства MCS-251 приведены в таблице

В настоящее время Intel, устремленная на рынок Pentium-процессоров, прекратила производство кристаллов MCS-51. В целом для конкретного разработчика этот факт может остаться и не замеченным, если только он не использует 8xC51GB и 80C152Jx - эти кристаллы не имеют своих точных аналогов среди изделий других фирм. Что же касается всех остальных МК семейства MCS-51, то они многократно растиражированы другими компаниями и уход Intel с рынка никак на нем не скажется.

Таблица.13. МК семейства MCS-251 фирмы Intel

Примечание. Максимальная тактовая частота всех модификаций – 16 МГц, число линий ввода/вывода – 32.МК TSC8xC251A1 имеет четырехканальный восьмиразрядный АЦП. Напряжение питания всех МК – 4,5...5,5 В, рабочий интервал температур – от –40 до +85 ^оС.

Принятые сокращения: PCA – массив программируемых счетчиков; WDT – сторожевой таймер; UART универсальный асинхронный последовательный приемопередатчик; I² C – двухпроводная двунаправленная шина; SPI – последовательный периферийный интерфейс. Корпус: D – DIP, L – PLCC, Q – QFP.