CN1265749A - 用于小控制单元中存储单元管理及应用程序处理的电路装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使用微控制器的小控制单元中存储单元管理及应用程序处理的电路装置。微控制器(2)仅具有中央处理单元(4),易失性存储器(6a),非易失性存储器(6a)及接口(10a,10b)作为基本组件。构造为串行存储器的附加非易失性可读写存储器(6d)通过接口(10a,10b)作为单独的元件与微控制器(2)连接。本发明还涉及使用所述电路装置执行应用程序的不同方法。在第一方法中,由微控制器(2)从分立存储器(6d)中读出整个应用程序并串行地解释。在第二方法中,在控制流起动期间复制入整个应用程序及接着由微处理器(2)的内部存储器(6a)直接地解释。

Description

用于小控制单元中存储单元管理及应用程序处理的电路装置及 方法
本发明涉及根据权利要求1前序部分的用于小控制单元中存储单元管理及应用程序处理的电路装置及使用根据本发明的电路装置处理应用程序的方法。小控制单元是一种新型的可存储器编程的控制装置。通过这种控制装置能使可存储器编程的控制装置的宽广领域得到有意义的补充。这种装置的使用者就能用其实现极小的控制任务，例如卷帘式百叶窗、灯光系统等的控制，而无需使用大及昂贵的可存储器编程的控制装置。
传统的可存储器编程的控制装置的硬件基本由三大部分组成：中央单元，存储器及另外的外围装置及接口连接装置。中央单元借助于逻辑连接、计算及寻址访问等执行相应的应用程序。存储器保存待执行的应用程序及操作系统，及有时存储其它必要的数据。外围装置及接口对中央单元提供另外的工作单元、如时间组件、计数器等以及对外界的连接设施(标准接口和/或专用接口)。在此情况下，存储器按照功能被分成不同类型：
用于存储可执行的操作系统码的码存储器。这种存储器通常是以ROM-，EPROM，Flash-或E2PROM-存储器形式的非易失性存储器构成的，并必须由中央单元以常规功能作为码来进行读操作。
用于在控制运行期间，中间时间上存储数据的工作存储器。因此，这种存储器必须作为RAM存储器形式的可读及可写存储器构成。
应用程序存储器，用于存储应用程序。这种存储器同样必须构成可读及可写的存储器。此外，这种存储器必须构成非易失性的或至少作为RAM存储器形式的具有缓冲电压源的易失性存储器。
对于小控制单元由于有限的功能类型及随之而来的有限存储单元需要量，通常仅是微控制器就足够了；而不需要昂贵的、如在传统可存储器编程控制装置中所必须的外围装置。
由现有技术就已经公知了标准化微控制器形式的此类电路装置。从NEC公司的μCOM-75x系列4位CMOS微计算机的产品手册，DB75×FAM..014V10第3-0-265页已经公知了一种微控制器，它已具有一个中央单元、一个ROM存储器、一个RAM存储器及E2PROM存储器(亦参见这里的图2)。这种微控制器的另一实施形式由Texas Instruments(德克萨斯仪器)公司的产品手册，TMS370系列，1994，SPNS014B，第1-15页所公知。这种微控制器类似于图3中概要表示的实施形式具有一个中央单元及一个组合的RAM/E2PROM存储器。
图1以概要方式表示一个微控制器2的通用结构。这样一个组件基本上由一个中央单元4(CPU)，一个内部存储器6，接口8以及另外的内部标准外围装置及接口连接装置组成。为了清楚起见，另外的标准外围装置及接口连接装置以作为内部外围装置10的框表示。为了数据的交换，各个单元通过内部导线12彼此形成连接(箭头方向表示数据流方向)。
存在具有各个不同构型的多种多样的微控制器的变型。例如，具有4位、8位、16位或32位中央单元的微控制器。此外，各组件在电流消耗，速度及内存方面也非常不同。根据微控制器的结构或功率，它们在价格方面也有很大差别。
由于一些微控制器已具有内部存储器及外围单元，附加外部资源的投入与其功率、控制复杂度及价格以及微控制器的复杂性有关。通常对于小控制单元，出发点是：总存在合适的微控制器，它们包括了所有必要的资源。在图2及3中概要地表示了必要时适合用于小控制单元中的不同微控制器2。这些微控制器2上已经集成了所有用于上述应用目的所必须的资源。因此，在图2所示微控制器2中，除中央单元4外，还具有：一个作为RAM构成的、易失性可读写存储器6a，用于处理数据的中间时间存储；一个构成ROM的非易失性可读存储器6b，用于存储一个解释程序及一个构成Flash(闪速)或E2PROM或电池缓冲式RAM的、非易失性可读写存储器6c，用于存储应用程序。在图2中存储部分彼此这样地分隔在数据区域(RAM 6a和E2PROM 6c)及码区域(ROM 6b)中，以使得应用程序仅可通过一个解释程序来处理。图3中所示微控制器2的结构类似于图2中所示的微控制器2的结构，其区别在于：这里所有的存储器6a、6b、6c被组合在一个公共码及数据区域中，以使得应用程序可被交替地编译(编译程序)或解释(解释程序)。
这种微控制器在技术上完全适合于应用在小控制装置中。这种集成电路装置的缺点首先在于价格方面。在窄空间的集成电路上实现的功能愈多，相应的芯片就愈贵。此外，在市场上这种标准化控制器的选择受到很大限制。
本发明的目的在于，提供一种用于小控制单元的足够快速及功率足够大的电路装置，它可用成本最合理的装置及最小的位置需求来实现。
为了实现该目的，推荐了具有权利要求1特征部分特征的电路装置及根据权利要求4或7的各种方法。根据本发明，该电路装置具有一个微控制器，该微控制器至少包括：一个中央单元，一个RAM存储器形式的易失性存储器，一个非易失性存储器(例如ROM)及一个接口；该电路装置还具有一个分立存储器形式的非易失性存储器。该分立存储器构成串行存储器，它的优点在于：它比并行存储器显著地小及价格便宜。它在速度方面的缺点，在这种控制应用范围上，在使用根据本发明的方法中不会表现出来。
在第一方法中，外部存储器通过微控制器的一个中断控制的串行接口与微控制器通信，其中存储在外部串行存储器中的应用程序借助中央单元及在微控制器的非易失性存储器中的解释程序来处理。
在第二优选方法中，外存储器与微控制器或是通过串行接口(这里不一定绝对需要中断控制)或直接地通过微控制器的端口引线相通信。在该方法中，中央单元将分立存储器中的整个内容(整个应用程序及必要的数据)复制到微控制器的内部易失性存储器中。接着中央单元解释仅来自于微控制器的内部易失性存储器的应用程序。因此，该方法可实现非常高的处理速度。由此可有利地实现成本上合理的电路装置，它仍然能满足对于小控制装置在处理速度、功能及应用程序的存储单元需要量方面的要求。这种电路装置如果完全设置在一个微控制器中在现今约为双倍的价格。
本发明的另外优点及可能的实施形式包含在从属权利要求及对附图的描述中。附图为：
图4：本发明电路装置的第一种可能实施形式的概图，及
图5：本发明电路装置的第二种可能实施形式的概图。
图4示出本发明电路装置第一种可能的实施形式。根据本发明，这里的应用中使用了一种微控制器2，其中仅是中央单元4、易失性可读写存储器6a、非易失性可读存储器6b及一个同步串行接口10a作为微控制器2的组成部分，并且非易失可读写存储器6d是一个串行存储器，它作为分立存储器通过一个接口与微控制器2相连接。因为要使用的微控制器2通常是标准控制器，因此在这种微控制器中当然还集成了其它的标准外围单元。在本发明的技术方案中仅使用了一个没有非易失性可读写存储器(尤其用于存储应用程序)的微控制器2，前者通过一个分立的非易失性可读写存储器6d来替代。
在图4所示的实施例中，微控制器2的接口构成串行中断控制的接口10a。使用这种电路装置的程序处理将描述于下。
首先必须将待执行的应用程序存储到分立的存储器6a中。这例如是通过小控制装置上的键盘的直接编程或通过小控制装置的专用接口从另一装置(例如一个个人计算机(PC))复制应用程序来实现的。接着使第一条指令的位串从存储器6d存储到微控制器2的中央单元4中，由中央单元解码并执行(解释)及同时使后续指令从存储器6d传送到中央单元4。为此，在每8位语句及每个完整指令(它也可由多个字节组成)后，由接口10a产生一次中断并向中央单元4传送，这样就保证了各个后续指令的读入。为了处理应用程序，中央单元4使用一个存储在ROM存储器6b中的解释程序。在本发明的一个优选实施例中，应用程序的每条指令以最多两字节来实现。通常由编译程序执行指令对于每条待执行指令需要4至6字节。通过根据本发明的借助解释程序的执行可以达到约50％存储单元的节约。由此也可有利地使用具有用于应用程序的RAM存储范围为约256-512字节的最小型及亦便宜的微控制器。为了保证应用程序快速、顺利的处理，接口10a的每指令传送时间最好小于/等于由每指令处理时间及中断持续时间组成的微控制器2的执行时间。技术上可以实现、但不是所希望的是，在应用程序的中断控制处理中，接口10a的传送时间明显大于微控制器2的执行时间。
图5表示根据本发明电路装置的第二个优选实施例。这里在微控制器2及分立存储器6d之间的通信或数据交换或是通过串行接口10a(根据图4)或是通过端口引线接口(Portpin-Schnittstelle)10b(根据图5)进行的。微控制器2在其结构上基本上与图4中的相同，即构成上述的微控制器2，但其中不需要图4中所示的中断控制的接口。在该实施形式中程序处理的方式及方法明显地不同于上述的实施方式。这里，在电源的起动阶段(Power-Up)该小控制单元每次接通时将分立存储器6d中的所有内容、尤其是应用程序复制到微控制器2的易失性存储器6a(这里为RAM)中。接着，中央单元4借助存储在非易失性可读集成存储器6b中的解释程序对应用程序解释。由于在控制单元起动阶段程序时间相对集中的复制无关紧要，故也可使用相对而言更慢的分立存储元件，例如I2C-E2PROM(用于I2C接口的E2PROM)。该I2C-E2PROM相对其它的串行存储元件具有其优点，即节省功率及双线连接。此外串行E2PROM元件与并行E2PROM存储元件相比，价格明显合理且作得小。在使用无专用串行接口10a的更简单的微控制器2的情况下，应用程序从分立存储器6d向微控制器2的RAM存储器6a中的传送也可直接通过端口引线(Portpins)在软件的控制下进行。这种方式的优点除是一种成本非常合理的方法外还具有特别好的抗干扰性能。待传送的数据由于低的传送速度能可靠地被滤波及对于所有数据块可以实际上无附加时间及存储损耗地设置一个总的检验和。
本发明并不局限在所述的实施例上，而应该也包括在发明构思上起相同作用的所有其它实施形式。

Claims (8)

1、用于小控制单元中存储单元管理及应用程序处理的电路装置，其中该小控制单元与传统的可存储器编程的控制装置相比较在其功能类型及存储单元方面均最小化，它具有：一个用于处理数据的中央单元(4)；一个易失性存储器(6a)，如RAM存储器，用于数据的中间存储；一个非易失性存储器(6b)，如ROM或EPROM存储器或类似器件，用于长久地存储操作系统；一个非易失性可读写存储器(6d)，如E2PROM或闪速(Flash)存储器或类似器件，用于存储应用程序及一个接口(10a，10b)，用于在使用一个微控制器(2)的情况下与外部装置通信，其特征在于：
仅仅中央单元(4)，易失性存储器(6a)，非易失性存储器(6b)及接口(10a，10b)是微控制器(2)的组成部分；并且，
非易失性可读写存储器(6d)是一个串行存储器，它作为分立元件通过接口(10a，10b)与微控制器(2)连接。
2、根据权利要求1的电路装置，其特征在于：该接口(10a)是一个串行的受中断控制的接口。
3、根据权利要求2的电路装置，其特征在于：接口(10a)的每指令传送时间不明显大于、最好小于由每指令处理时间及每指令中断持续时间组成的微控制器(2)的执行时间。
4、使用根据权利要求2或3的电路装置执行应用程序的方法，具有下列方法步骤：
a)将第一条指令的位串从存储器(6d)读入到微控制器(2)的中央单元(4)中，
b)由中央单元(4)解释指令并同时通过接口(10a)将后继指令从存储器(6d)读入到微控制器(2)的中央单元(4)中，
c)在每次结束一个固定位长的读过程后及在每次完成指令后产生一个中断，并且，
d)通过方法步骤b)及c)的重复来处理应用程序。
5、根据权利要求1的电路装置，其特征在于：接口(10a)是一个串行接口。
6、根据权利要求1的电路装置，其特征在于：接口(10b)是一个端口引线接口，及微控制器(2)通过端口引线与存储器(6d)在软件控制下进行通信。
7、根据权利要求5或6的电路装置执行应用程序的方法，具有下列方法步骤：
d)在控制单元接通电源阶段的起动过程中使整个应用程序从分立的串行存储器(6d)复制到微控制器(2)的易失性存储器(6a)中，
e)由中央单元(4)直接地解释来自易失性存储器(6a)的应用程序。
8、根据以上权利要求中一项的电路装置，其特征在于：一个应用程序存储器具有最大512字节的容量。
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