CN103678187B

CN103678187B - 一种微控制单元及其控制方法

Info

Publication number: CN103678187B
Application number: CN201210335555.2A
Authority: CN
Inventors: 王景华; 李宝魁; 朱明�; 朱一明
Original assignee: GigaDevice Semiconductor Beijing Inc
Current assignee: Zhaoyi Innovation Technology Group Co ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: CN103678187A

Abstract

本申请提供了一种微控制单元及其控制方法，其中所述微控制单元包括：处理器核模块，总线矩阵模块以及功能模块，所述总线矩阵模块连接在所述处理器核模块和各功能模块之间，所述处理器核模块通过总线矩阵模块实现对各个功能模块的访问和控制；所述微控制单元还包括：与所述总线矩阵模块相连的地址重映射模块，以及，与所述地址重映射模块相连的配置模块；其中，所述配置模块用于存储预置的配置文件，所述配置文件包括各个功能模块的地址空间分配信息；所述地址重映射模块用于根据所述配置文件针对各个功能模块按照其对应的地址空间分配信息进行地址重映射，本申请可以提高MCU的兼容性，节约开发成本。

Description

一种微控制单元及其控制方法

技术领域

本申请涉及单片机的技术领域，特别是涉及一种微控制单元以及一种微控制单元的控制方法。

背景技术

MCU(MicroControlUnit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制，即一种将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器、消费类电子、游戏设备、电话、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电等。

参考图1，示出了一种现有的MCU的基本结构的示意图，具体可以包括：

处理器核（CPUCore）101，用于通过总线矩阵（BUSMATRIX）102实现对各个功能模块103的访问和控制，从而实现所需功能。

总线矩阵（BUSMATRIX）102，用于通过总线传输实现系统数据、指令、地址的访问。

功能模块103，包括FLASH存储器，静态随机存储器（SRAM），模数转换模块（A/D）、数模转换模块（D/A），定时器（TIMER），直接内存存取（DMA），用于MCU和外界通信的SPI(服务提供商接口)、CAN(控制器局域网络)、ETHERNET(基带局域网)、USB(通用串行总线)、UART（通用异步接收/发送装置），I2C(两线式串行总线)等，用于分别按照处理器核（CPUCore）101通过总线矩阵（BUSMATRIX）102传送的访问或控制指令完成对应的功能。

现有的MCU的基本架构中，MCU的功能模块的地址空间是固定的，比如在某一特定的32bitMCU，它的UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置）的基地址是0x40002000，那么对于UART的访问，只能通过基地址0x40002000访问到，假如这种MCU不再生产了，用户只好选用其他型号的MCU。而且，随着MCU和IC（集成电路）的更新换代和应用要求的不断提高，用户也会面临MCU重新选型的情况，他们有主频更快、性能更高、容量更大的MCU可供选择，用以满足不同的需求，若所选用的新MCU的UART基地址是0x60002000，那么用户的软件方案和硬件系统就需要重新开发，才能使系统正常工作，这样就会增加经济成本和时间成本。

因此，本领域技术人员需要迫切解决的问题是：提供一种微控制单元以及一种微控制单元的控制方法，可以提高MCU的兼容性，节约开发成本。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种微控制单元，可以提高MCU的兼容性，节约开发成本。

相应的，本申请还提供了针对上述微控制单元的控制方法，用以保证微控制单元的应用。

为了解决上述问题，本申请公开了一种微控制单元，包括：

处理器核模块，总线矩阵模块以及功能模块，所述总线矩阵模块连接在所述处理器核模块和各功能模块之间，所述处理器核模块通过总线矩阵模块实现对各个功能模块的访问和控制；

所述微控制单元还包括：

与所述总线矩阵模块相连的地址重映射模块，以及，与所述地址重映射模块相连的配置模块；

其中，所述配置模块用于存储预置的配置文件，所述配置文件包括各个功能模块的地址空间分配信息；

所述地址重映射模块用于根据所述配置文件针对各个功能模块按照其对应的地址空间分配信息进行地址重映射。

优选的是，所述功能模块中包括寄存器，所述地址空间分配信息包括：功能模块的标识信息、基地址、地址空间的大小信息、寄存器的标识信息、寄存器的比特信息；

所述地址重映射模块包括：

加载子模块，用于加载所述配置文件；

功能模块定位子模块，用于按照所述功能模块的标识信息确定当前进行地址重映射的功能模块；

基地址映射子模块，用于将当前功能模块映射到对应的基地址；

偏移地址映射子模块，用于将当前功能模块的寄存器分别按照对应的寄存器标识信息以及地址空间的大小信息，映射到相应的偏移地址；

寄存器比特位确定子模块，用于根据所述寄存器的比特信息确定对应寄存器中各比特位的位置。

优选的是，所述配置模块为非挥发性存储器，包括可编程只读存储器PROM，可擦除可编程存储器EPROM，电可擦除可编程存储器EEPROM或闪存FLASH。

优选的是，所述地址重映射模块在MCU加电时触发，在MCU执行第一条指令前完成各个功能模块的地址重映射。

优选的是，所述功能模块包括静态随机存储器SRAM、模数转换器A/D、数模转换器D/A、定时器TIMER、直接内存存取DMA、服务提供商接口SPI、控制器局域网络CAN、基带局域网ETHERNET、通用串行总线USB、通用异步接收/发送装置UART，或两线式串行总线I2C。

本申请同时公开了一种微控制单元的控制方法，所述微控制单元包括功能模块，所述方法包括：

生成配置文件，所述配置文件包括各个功能模块的地址空间分配信息；

根据所述配置文件针对各个功能模块按照其对应的地址空间分配信息进行地址重映射；

依据所述重映射后的功能模块的地址开启微控制单元的引导BOOT流程。

所述根据配置文件针对各个功能模块按照其对应的地址空间分配信息进行地址重映射的步骤包括：

加载所述配置文件；

按照所述功能模块的标识信息确定当前进行地址重映射的功能模块；

将当前功能模块映射到对应的基地址；

将当前功能模块的寄存器分别按照对应的寄存器标识信息以及地址空间的大小信息，映射到相应的偏移地址；

根据所述寄存器的比特信息确定对应寄存器中各比特位的位置。

优选的是，所述根据配置文件针对各个功能模块按照其对应的地址空间分配信息进行地址重映射的步骤由上电复位信号触发执行。

优选的是，所述配置文件存储在非挥发性存储器中，所述非挥发性存储器包括可编程只读存储器PROM，可擦除可编程存储器EPROM，电可擦除可编程存储器EEPROM或闪存FLASH。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

本申请通过在现有MCU中增加配置模块和地址重映射模块；其中，所述配置模块中存储有预置的配置文件，所述配置文件中包含各个功能模块的地址空间分配信息，所述地址重映射模块利用所述配置文件中设置的各个功能模块的地址空间分配信息，对MCU中各个功能模块进行地址重映射。

由于每个寄存器的地址空间在MCU中都可以重新配置，这种MCU可以兼容其他MCU，对于需要更换MCU的用户来说，可以不需要更换软件和系统方案，缩短开发时间，节省开发成本。

应用本申请实施例，用户可以根据需求编辑好配置文件，来实现当前所需要的MCU的功能，配置文件可以随时更改，然后写入MCU的配置模块，就成了另外一种MCU。应用本申请的MCU，具有很强的兼容性和很高的可扩展性，可以完全适配用户，省去用户更换MCU的成本，不需要用户针对更新的新MCU开发新的软件方案和硬件系统，节约开发成本。

附图说明

图1是现有技术的微控制单元的结构示意图；

图2是本申请一种微控制单元的实施例的结构框图；

图3是本申请一种微控制单元的控制方法实施例的流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请实施例的核心构思之一在于，在现有MCU中增加配置模块和地址重映射模块；其中，所述配置模块中存储有预置的配置文件，所述配置文件中包含各个功能模块的地址空间分配信息，所述地址重映射模块利用所述配置文件中设置的各个功能模块的地址空间分配信息，对MCU中各个功能模块进行地址重映射。

参照图2，示出了本申请一种微控制单元实施例的结构框图，具体可以包括以下模块：

处理器核模块201，总线矩阵模块202以及功能模块203，所述总线矩阵模块202连接在所述处理器核模块201和各功能模块203之间，所述处理器核模块201通过总线矩阵模块202实现对各个功能模块203的访问和控制；

在本申请实施例中，所述微控制单元还可以包括以下模块：

与所述总线矩阵模块相连的地址重映射模块204；

以及，与所述地址重映射模块相连的配置模块205；

其中，所述配置模块205用于存储预置的配置文件，所述配置文件包括各个功能模块203的地址空间分配信息；

所述地址重映射模块204用于根据所述配置文件针对各个功能模块203按照其对应的地址空间分配信息进行地址重映射。

在实际中，处理器核模块201可以通过总线矩阵模块202实现对各个功能模块203的访问和控制，从而实现所需功能；总线矩阵模块202可以通过总线传输实现系统数据、指令、地址的访问；功能模块203可以按照处理器核模块201通过总线矩阵模块202传送的访问或控制指令完成对应的功能。在具体应用中，所述功能模块203可以由本领域技术人员根据MCU的设计需求任意设置，例如，可以设置SRAM、A/D、D/A、TIMER、DMA、SPI、CAN、ETHERNET、USB、UART，和/或，I2C等功能模块，本申请对此不作限制。

在实际中，所述功能模块203中通常包括有寄存器，作为本申请具体应用的一种示例，所述配置文件中地址空间分配信息具体可以包括：功能模块的标识信息、基地址、地址空间的大小信息、寄存器的标识信息、寄存器的比特信息。例如，一种配置文件的格式和内容的示例如下表1所示：

表1：

配置文件大小
	功能模块标识0
基地址
	地址空间大小
寄存器标识0

寄存器比特信息0
	寄存器标识1
寄存器比特信息1
	寄存器标识2
寄存器比特信息2
	......
......
	功能模块标识1
基地址
	地址空间大小
寄存器标识0
	寄存器比特信息0
寄存器标识1
	寄存器比特信息1
寄存器标识2
	寄存器比特信息2
......
	......
功能模块标识N
	基地址
地址空间大小
	寄存器标识1
寄存器比特信息1
	寄存器标识2
寄存器比特信息2
	寄存器标识3
寄存器比特信息3

......
	......
结束

在本申请的一种优选实施例中，所述配置文件205可以为非挥发性存储器，例如，PROM、EPROM、EEPROM或FLASH等等。在所述配置模块205中存储的配置文件，可以通过仿真调试工具烧写到非挥发性存储器中，也可采用其它方式，本申请对此无需加以限制。

在实际应用中，当MCU加电时，所述配置模块205中的地址空间分配信息将被加载到地址重映射模块204，用于配置各个功能模块的地址空间。

在本申请的一种优选实施例中，所述地址重映射模块204具体可以包括以下子模块：

加载子模块，用于加载所述配置文件；

所谓重映射，就是把各个功能模块的地址空间，重新映射到配置文件中指定的目标地址空间。应用本申请实施例，各个功能模块的地址空间是可编程的。结合上述表1，假设MCU中设置有如下功能模块：FLASH、SRAM、BOOTROM（无盘启动只读内存接口）、TIMER、UART、SPI、A/D、D/A。

在这种情况下，则在上述表1中各个功能模块203都有自己对应的标识，如FLASH对应的功能模块标识为0000，SRAM对应的功能模块标识为0001，BOOTROM对应的功能模块标识为0002等。需要说明的是，对于功能相同的功能模块，但其标识不能相同，例如，MCU有多个定时器，虽然其中一部分功能完全一样，但它们各自都会有一个对应的唯一标识。

地址重映射模块204通过解析配置文件来重映射各个功能模块，实现用户所需要的地址空间的配置。

在具体实现中，MCU接通电源后，由上电复位信号触发MCU的地址重映射模块204工作，首先由加载子模块从配置模块205中加载配置文件，然后解析配置文件，按先后顺序，依次重映射各个功能模块203的地址空间。具体包括：由功能模块定位子模块按照所述功能模块的标识信息确定当前需要进行地址重映射的功能模块，再由基地址映射子模块将当前功能模块映射到对应的基地址，这样对该地址空间的操作就被视为对该功能模块的合法访问。然后由偏移地址映射子模块将当前功能模块的寄存器分别按照对应的寄存器标识信息以及地址空间的大小信息，映射到相应的偏移地址，例如，将当前功能模块的状态寄存器、控制寄存器、数据寄存器及内部SRAM都一一映射到相应的偏移地址。最后由寄存器比特位确定子模块根据所述寄存器的比特信息确定对应寄存器中各比特位的位置根。这样就完成了各个功能模块的地址重映射，然后MCU开始正常的BOOT（引导）流程。

在本申请实施例的具体应用中，所述地址重映射模块204在MCU加电时触发，在MCU执行第一条指令前完成各个功能模块地址空间的重映射，从这开始到关机前，各个功能模块的地址空间是不变的。

在现有技术中，MCU的功能模块的地址空间是固定的，比如在某一特定的32bitMCU，它的UART的基址是0x40002000，那么对于UART的访问，只能是访问0x40002000。假如这种MCU不再生产了，用户只好选用其他型号的MCU，但是其他型号的MCU的UART的基址是0x60002000，那么用户的软件不能正常工作，只好重新编写。而应用本申请实施例，只需要在MCU中重新设置配置文件，如在配置文件中将UART的基地址设置为0x40002000，那么地址重映射模块会将UART的地址空间映射到0x40002000上，这样对于软件来说，和更换MCU前的效果一样，不需要重新编写软件，从而达到兼容之前型号的MCU，开始正常的BOOT流程。

在具体实现中，用户可以根据需求编辑好配置文件，来实现当前所需要的MCU的功能，配置文件可以随时更改，然后写入MCU的配置模块，就成了另外一种MCU。应用本申请的MCU，具有很强的兼容性和很高的可扩展性，可以完全适配用户，省去用户更换MCU的成本，不需要用户针对更新的新MCU开发新的软件方案和硬件系统，节约开发成本。

参照图3，示出了本申请一种微控制单元的控制方法实施例的流程图，具体可以包括以下步骤：

步骤301、生成配置文件，所述配置文件包括各个功能模块的地址空间分配信息；

在具体实现中，所述配置文件存储在非挥发性存储器中，所述非挥发性存储器可以包括PROM、EPROM、EEPROM或FLASH。

步骤302、根据所述配置文件针对各个功能模块按照其对应的地址空间分配信息进行地址重映射；

在本申请的一种优选实施例中，所述功能模块中包括寄存器，所述地址空间分配信息包括：功能模块的标识信息、基地址、地址空间的大小信息、寄存器的标识信息、寄存器的比特信息。

在这种情况下，所述步骤302具体可以包括以下子步骤：

子步骤S11、加载所述配置文件；

子步骤S12、按照所述功能模块的标识信息确定当前进行地址重映射的功能模块；

子步骤S13、将当前功能模块映射到对应的基地址；

子步骤S14、将当前功能模块的寄存器分别按照对应的寄存器标识信息以及地址空间的大小信息，映射到相应的偏移地址；

子步骤S15、根据所述寄存器的比特信息确定对应寄存器中各比特位的位置。

在具体应用中，所述功能模块203可以由本领域技术人员根据MCU的设计需求任意设置，例如，可以设置SRAM、A/D、D/A、TIMER、DMA、SPI、CAN、ETHERNET、USB、UART，和/或，I2C等功能模块，本申请对此不作限制。

步骤303、依据所述重映射后的功能模块的地址开启微控制单元的引导BOOT流程。

在具体实现中，MCU接通电源后，由上电复位信号触发，首先加载配置文件，然后按照所述功能模块的标识信息确定当前进行地址重映射的功能模块，再将当前功能模块映射到对应的基地址，然后将当前功能模块的寄存器分别按照对应的寄存器标识信息以及地址空间的大小信息，映射到相应的偏移地址，例如，将当前功能模块的状态寄存器、控制寄存器、数据寄存器及内部SRAM都一一映射到相应的偏移地址，最后根据所述寄存器的比特信息确定对应寄存器中各比特位的位置。这样就完成了各个功能模块的地址重映射，然后MCU开始正常的BOOT流程。

在本申请的一种优选实施例中，所述地址重映射在MCU加电时触发，在每次加电后，并且在MCU执行第一条指令前，根据配置文件的地址空间分配信息，完成地址空间的重映射，从这开始到关机前，地址空间是不变的。

为了方便本领域技术人员更好地理解本申请，以下通过一个完整示例更进一步说明本申请：

参考表2，假设MCU系统只有一个UART，则可以生成如以下表2所示内容的配置文件：

表2：

根据以上表2，依据配置文件重映射的步骤包括：

1、加载所述配置文件，根据功能模块的模块标识0x00000010，确定需要重映射的模块，将该模块映射到相应的基地址0x40002000。

2、将当前功能模块的寄存器按照对应的寄存器标识0x00000010以及地址空间大小0x00000004，映射到相应的偏移地址。

3、根据所述寄存器的寄存器比特信息0x22334455确定对应寄存器中各比特位的位置。

4、根据功能模块的模块标识0x00000020，确定需要重映射的模块，将该模块映射到相应的基地址0x40002004。

5、将当前功能模块的波特率寄存器按照对应的寄存器标识0x00000020以及地址空间大小0x00000004，映射到相应的偏移地址。

6、根据所述波特率寄存器的寄存器比特信息0x11223344确定对应寄存器中各比特位的位置。

7、根据功能模块的模块标识0x00000030，确定需要重映射的模块，将该模块映射到相应的基地址0x40002008。

8、将当前功能模块的状态寄存器按照对应的寄存器标识0x00000030以及地址空间大小0x00000004，映射到相应的偏移地址。

9、根据所述状态寄存器的寄存器比特信息0xaabbccdd确定对应寄存器中各比特位的位置。

10、根据功能模块的模块标识0x00000040，确定需要重映射的模块，将该模块映射到相应的基地址0x4000200C。

11、将当前功能模块的数据寄存器按照对应的寄存器标识0x00000040以及地址空间大小0x00000004，映射到相应的偏移地址。

12、根据所述数据寄存器的寄存器比特信息0xeeff8899确定对应寄存器中各比特位的位置。

13、依据所述重映射后的功能模块的地址开启微控制单元的BOOT流程。

现有技术中，MCU的功能模块的空间地址是固定的，处理器核是直接通过总线矩阵实现对各个功能模块的访问，开始正常的BOOT流程。在本发明中，是先生成预置的配置文件，通过解析配置文件，按照配置文件的地址空间分配信息进行重映射，再开始正常的BOOT流程。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。

对于方法实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

以上对本申请所提供的一种微控制单元及其控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种微控制单元，其特征在于，包括：

所述微控制单元还包括：

2.根据权利要求1所述微控制单元，其特征在于，所述功能模块中包括寄存器，所述地址空间分配信息包括：功能模块的标识信息、基地址、地址空间的大小信息、寄存器的标识信息、寄存器的比特信息；

所述地址重映射模块包括：

加载子模块，用于加载所述配置文件；

3.根据权利要求1所述微控制单元，其特征在于，所述配置模块为非挥发性存储器，包括可编程只读存储器PROM，可擦除可编程存储器EPROM，电可擦除可编程存储器EEPROM或闪存FLASH。

4.根据权利要求1或2所述微控制单元，其特征在于，所述地址重映射模块在MCU加电时触发，在MCU执行第一条指令前完成各个功能模块的地址重映射。

5.根据权利要求1所述微控制单元，其特征在于，所述功能模块包括静态随机存储器SRAM、模数转换器A/D、数模转换器D/A、定时器TIMER、直接内存存取DMA、服务提供商接口SPI、控制器局域网络CAN、基带局域网ETHERNET、通用串行总线USB、通用异步接收/发送装置UART，或两线式串行总线I2C。

6.一种微控制单元的控制方法，其特征在于，所述微控制单元包括功能模块，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述功能模块中包括寄存器，所述地址空间分配信息包括：功能模块的标识信息、基地址、地址空间的大小信息、寄存器的标识信息、寄存器的比特信息；

加载所述配置文件；

将当前功能模块映射到对应的基地址；

8.根据权利要求6或7所述方法，其特征在于，所述根据配置文件针对各个功能模块按照其对应的地址空间分配信息进行地址重映射的步骤由上电复位信号触发执行。

9.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述配置文件存储在非挥发性存储器中，所述非挥发性存储器包括可编程只读存储器PROM，可擦除可编程存储器EPROM，电可擦除可编程存储器EEPROM或闪存FLASH。

10.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述功能模块包括静态随机存储器SRAM、模数转换器A/D、数模转换器D/A、定时器TIMER、直接内存存取DMA、服务提供商接口SPI、控制器局域网络CAN、基带局域网ETHERNET、通用串行总线USB、通用异步接收/发送装置UART，或两线式串行总线I2C。