NL8602849A

NL8602849A - Inrichting voor het emuleren van een microcontroller, middels gebruik maken van een moedermicrocontroller en een dochtermicrocontroller, moedermicrocontroller, respektievelijk dochtermicrocontroller voor gebruik in zo een inrichting, geintegreerde schakeling voor gebruik in zo een dochtermicrocontroller en microcontroller bevattende zo een geintegreerde schakeling.

Info

Publication number: NL8602849A
Application number: NL8602849A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-11-11
Filing date: 1986-11-11
Publication date: 1988-06-01
Also published as: JPS63136231A; KR950006591B1; IT1223078B; FR2606528A1; US5062034A; KR880006601A; GB2197512A; IT8722549A0; GB8726362D0; FR2606528B1; JP2740171B2; GB2197512B; DE3737958A1

Description

ΡΗΝ 11.933 1 * N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het emuleren van een microcontroller, middels gebruik maken van een moedermicrocontroller en een dochtermicrocontroller, moedermicrocontroller, respektievelijk dochtermicrocontroller voor gebruik in zo een inrichting, geïntegreerde schakeling voor gebruik in zo een dochtermicrocontroller en microcontroller bevattende zo een geïntegreerde schakeling.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING:

De uitvinding betreft een inrichting voor het emuleren van een microcontroller, bevattende een moedermicrocontroller welke voorzien is van: 5 - een eerste serie standaardpinnen, * een tweede serie geheugenaansluitpinnen om data, adressen en besturingssignalen met een aanwezig extern programmageheugen uit te wisselen, - een derde serie aansluitpinnen om besturingssignalen uit te wisselen 10 met een extern hardware register, - een processorelement, - een intern programmageheugen, - en kommunikatiemiddelen tussen genoemd processorelement, intern programmageheugen, genoemde series pinnen, en verdere onderdelen 15 binnen de moedermicrocontroller.

Onder een microcontroller wordt verstaan een geïntegreerde schakeling welke bevat een verwerkingselement, middelen om besturingssignalen van een programma sequentieel aan het verwerkingselement toe te voeren, uitwisselingsmiddelen om 20 gebruikerssignalen tussen de buitenwereld en de microcontroller uit te wisselen, en een bus om gebruikerssignalen tussen de uitwisselingsmiddelen en het verwerkingselement te kommuniceren. Voorts kunnen verdere voorzieningen aanwezig zijn. In een standaard (non-bond-out)-versie is het programma in een deel van de microcontroller 25 opgenomen, bijvoorbeeld in een ROM (met onveranderbare inhoud) of in een EPROM, waarvan de inhoud éénmaal in te schrijven is, en daarna niet meer elektrisch te wijzigen. Op zichzelf kunnen daarboven allerlei extra voorzieningen zijn toegevoegd om het funktioneren in een gebruikersomgeving mogelijk te maken dan wel te verbeteren. Voor elke 860284 9 *· ΡΗΝ 11.933 2 * gebruikerstoepassing van de microcontroller is een specifiek besturingsprogramma noodzakelijk. Het ontwerpen van dit programma gebeurt in fasen. Na een voorbereidingsfase wordt eerst een programma geladen, en wordt stap voor stap nagegaan of de achtereenvolgende 5 instrukties korrekt zijn. Om eventuele fouten te kunnen korrigeren wordt in zo'n emulatiefase gebruik gemaakt van een extern geheugen, bijvoorbeeld een lees-schrijfgeheugen (RAM) of een EEPROM. Daartoe wordt van de standaardversie van de microcontroller een "bond-out"-versie ontwikkeld, waarbij extra externe aansluitpinnen voorzien zijn (adres, 10 data- en besturingspinnen) terwijl het interne programmageheugen niet of slechts gedeeltelijk is voorzien. Een dergelijke microcontroller is beschreven in het boek “single-chip 8-bit microcontrollers USER MANUAL", Philips Electronic Components and Materials Division, International Business Relations, P.0. Box 218 Eindhoven, The Netherlands, 1986 pagina 15 323 en volgende. De standaardpinnen zijn vermeld op pagina 329. De geheugenaansluitpinnen voor het extern programmageheugen zijn vermeld op pagina 330. De besturingspinnen voor de emulatieprocedure zijn vermeld Op pagina 331: HALT, ÏNTA, DXALE, IFF, STFF. Tenslotte is er nog een vierde serie aansluitpinnen om 20 besturingssignalen uit te wisselen met een extern hardware register: ÜXRD, ÜXWÏÏ, ËXDT. Voor elke verschillende gebruikerstoepassing is in principe slechts één exemplaar van een "bond-out"-versie noodzakelijk; bovendien kan dit ene exemplaar in principe voor meerdere gebruikersfunkties worden 25 aangewend. Het aantal exemplaren van de standaardversie is voor elke gebruikersfunktie in eerste instantie onbeperkt. De ontwikkelingskosten voor de "bond-out11-versie drukken dus in het algemeen op een relatief klein aantal exemplaren.

Van zo'n microcontroller worden veelal ook afgeleide 30 versies ontwikkeld. Deze kunnen zich op allerlei manieren onderscheiden, bijvoorbeeld door een extra externe aansluiting (port) voor algemene toepassingen, door aansluitmogelijkheid voor een afbeeldingselement (LCD), voor een toetsenbord, door meer of minder opslagkapaciteit voor programma-informatie of data-informatie. Vele andere mogelijkheden 35 kunnen van toepassing zijn.

In principe is voor de emulatie van elke afgeleide versie ook een bijbehorende bond-out-versie noodzakelijk. Dit kost extra 8602849 PHN 11.933 3 % ontwikkelingsinspanning. Het is een doelstelling van de uitvinding om middelen te verschaffen, waardoor deze emulatie uitgevoerd kan worden met behulp van een "bond-out"-versie van een moedermicrocontroller en een normaal exemplaar van de afgeleide versie = dochtermicrocontroller -5 terwijl voor beide het aantal hiertoe voorziene wijzigingen, in het bijzonder het aantal additionele pinnen, uiterst gering is.

De bond-out-versie wordt normaliter ook gebruikt voor het vervaardigen van een prototype. In dat geval wordt het extern programmageheugen aangesloten middels een zogenoemde "piggy-back" 10 aansluiting op de microcontroller. Hierbij wordt dezelfde geïntegreerde schakeling gebruikt, alleen de aansluitingen van deze chip op de pinnen van de omhulling zijn anders dan voor de emulatie. Het verschil van deze praktijk ten opzichte van emulatie is dat nu zowel dë fysieke afmeting van microcontroller + extern programmageheugen weinig 15 van de standaardversie verschilt (de microcontroller is bijvoorbeeld in een fysiek realistische omgeving te gebruiken), als dat de gang van zaken in het tijdsdomein op de geïntendeerde snelheid verloopt, zodat allerlei in de emulatiefase marginaal funktionerende situaties, die onder normale bedrijfsomstandigheden zouden falen, zulk falen nu ook in 20 een vroeg stadium vertonen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING:

De uitvinding realiseert de doelstelling doordat hij het kenmerk heeft dat voor het emuleren van een dochtermicrocontroller die 25 ten opzichte van de moedermicrocontroller een extra funktioneel verwerkingsdeel bezit, een eerste data-aansluiting van de serie standaardpinnen van de dochtermicrocontroller is aangesloten in parallel met een data-aansluiting binnen genoemde tweede serie van de moedermicrocontroller op een data-aansluiting van genoemd extern 30 programmageheugen, een tweede data-aansluiting van de serie standaardpinnen van de dochtermicrocontroller is aangesloten op genoemde derde serie aansluitpinnen van de moedermicrocontroller en, in parallel met tenminste één besturingspin van genoemde tweede serie van de moedermicrocontroller, op genoemd extern programmageheugen, en dat de 35 dochtermicrocontroller voorzien is van een emulatiebesturingsaansluiting waarbij een eerste logisch signaal op de emulatiebesturingsaansluiting genoemde kommunikatiemiddelen voor uitwisseling met processorelement en 8602849 ¢- PHN 11.933 4

P

intern programmageheugen van de dochtermicrocontroller onwerkzaam maakt, zodat daarvoor respektievelijk het processorelement van de moedermicrocontroller en genoemd extern programmageheugen werkzaam zijn, dat als standaardpinnen de eerste serie standaardpinnen aktief is, en 5 dat de dochtermicrocontroller werkzaam is en verbonden met de kommunikatiemiddelen van de moedermicrocontroller. De extra noodzakelijke voorzieningen aan de bond-out-versie van de moedermicrocontroller zullen zich reeds bij het ontwikkelen van een klein aantal afgeleide versies (dochtermicrocontollers) gemakkelijk 10 terugbetalen.

De uitvinding betreft mede een moedermicrocontroller welke geschikt is om te worden opgenomen in een inrichting om een dochtermicrocontroller te emuleren. Slechts enkele hardware- en/of software-elementen dienen daarin voorzien te worden terwijl in veel 15 gevallen deze additionele elementen ook buiten het gebruik in een emulatie-inrichting nuttige aanwending kunnen vinden.

De uitvinding betreft mede een dochtermicrocontroller welke geschikt is om ter emulatie in een inrichting volgens het bovenstaande te worden opgenomen. Enkele interne voorzieningen en een 20 extra stuurpin op de omhulling die de emulatie bestuurt, kunnen het bovenstaande realiseren, zodat de emulatie middels gebruik van twee controllers gerealiseerd kan worden. In sommige gevallen kan deze stuurpin, die weliswaar zou korresponderen met een bondvlak op de geïntegreerde schakeling (chip) zelf worden weggelaten. Dan wordt dit 25 bondvlak voortdurend met de emulatiebesturende potentiaal verbonden.

De uitvinding betreft mede een geïntegreerde schakeling (chip) welke middels plaatsing in een omhulling geschikt is om zo een dochtermicrocontroller ter emulatie daarvan te vormen. Daarbij wordt dus steeds het extern programmageheugen verbonden met de 30 moedermicrocontroller. Met name wanneer het aantal data-aansluitingen (ports) van de dochtermicrocontroller ook reeds in de moedermicrocontroller is voorzien, levert de uitvinding een zeer eenvoudig implementeerbare opzet. Impliciet is deze geïntegreerde schakeling daarmede ook geschikt voor het realiseren van een eerder 35 genoemd prototype. Ook bij gebruik als prototype zijn nu volgens de uitvinding twee microcontrollers (en een extern, als piggy-back op de dochtermicrocontroller opgezadeld, programmageheugen) nodig.

8602849 4 if PHN 11.933 5

De uitvinding betreft mede een microcontroller, bevattende een geïntegreerde schakeling die op zichzelf geschikt is om in zo'n dochtermicrocontroller te worden opgenomen. Maar door de emulatiebesturing op de stand “niet-emulatie" te besturen, wordt een 5 microcontroller met het standaardaantal aansluitpinnen gerealiseerd. De laatstgenoemde besturing kan intern door verbinden met een vaste potentiaal worden gerealiseerd.

Verdere voordelige realisaties zijn gereciteerd in de onderconclusies.

10 KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN.

De uitvinding wordt hierna beschreven aan de hand van enkele figuren.

Figuur 1 geeft een blokdiagram van een microcontroller 15 van het type 84 C00; figuur 2 geeft daarin de vervanging voor de "bond-out*1- versie; figuur 3 geeft in figuur 1 de vervanging voor de "piggyback “-versie; 20 figuur 4 geeft het aansluitsysteem (interface) voor een extern register bij de “bond-out“-versie van figuur 1.

Figuur 5 geeft een inrichting volgens de uitvinding voor het emuleren van een microcontroller van de familie 84 CXX; figuur 6 geeft een intern blokdiagram van een dochter-25 microcontroller van de familie 84 CXX, voor het extra funktioneel verwerkingsdeel dat de afgeleide versie belichaamt; figuur 7 illustreert de twee operationele modi voor zo een afgeleide microcontroller; figuur 8 geeft een inrichting volgens de uitvinding voor 30 het emuleren van een microcontroller van de familie 80 C51.

KORTE RECAPITULATIE VAN EEN BEKENDE MICROCONTROLLER

Ter verheldering geeft figuur 1 een blokdiagram van de eerder geciteerde microcontroller (zie ook pagina 325 van de 35 referentie). Op de centrale bus 36 (8-bits) zijn achtereenvolgens aangesloten - een aansluitsysteem 38 voor een seriële data-aansluiting met klok 8602849 * PHN 11.933 6

P

SCLK, seriële data SERDAT en interrupt SIO; - een trekkerschakeling 40 en buffer 42 voor een 8-bits aansluiting; - een deler door 32 (44) en een teller 46 die de interne klokfrequentie ontvangen; 5 - twee programmatellers (48, 50); - geheugenbank flipflops 52; - een residentiëel programma ROM 54; - een programmastatuswoord register 56; - twee 8 bits aansluitingen met trekkers 58, 60 en buffers 62, 64; 10 - een accumulator 66; - twee tijdelijke register 68, 70; - een ALU (72) met decimaal bijwerkelement 74 (adjust); - een instruktieregister cum decodeur 76; - een programmateller 78; 15 - een RAM adresregister 80; - een residentiëel RAM (82) met datamultiplexer, adresdecodeur, 8 registers, een registerstapel, een optionele tweede registerbank, een datageheugendeel; - een conditionele aftaklogica 86; 20 - een onderdeel voor besturing en tijdgeving 88; - en een herstart-bij-spanningsopkomen (power on reset) element 90.

Figuur 2 geeft in figuur 1 de vervanging die in de "bond-out"-versie gerealiseerd wordt voor het deel 54 in figuur 1. Hierbij worden de adres- en datalijnen naar buiten gevoerd en een vijftal 25 besturingslijnen ook als externe pinnen voorzien. Deze vervanging betreft dus een verandering van de schakeling zoals deze op het substraat aanwezig is.

Figuur 3 geeft in figuur 1 de vervanging die in de "piggyback" -versie gerealiseerd wordt voor het deel 54 in figuur 1. De 30 maatregelen betreffen hier een ondercategorie van die van figuur 2. Als de maatregelen van figuur 2 op het substraat gerealiseerd zijn, representeren de maatregelen van figuur 3 alleen een andere configuratie van de omhulling: bepaalde bondflappen behoeven dan niet te worden aangesloten, dan wel, ze zijn op een vaste potentiaal (bijvoorbeeld 35 aarde) aangesloten. Op zichzelf is zo een "piggy-back"-versie welbekend.

8602849 * PHN 11.933 7 BESCHRIJVING VAN EEN EMULATIE-INRICHTING VAN EEN MICROCONTROLLER VAN DE FAMILIE 84 CXX.

Figuur 4 geeft een blokdiagrara van een microcontroller van het type 84 COO met een aansluitsysteem voor een extern register.

5 Hierin zijn enkele elementen voorzien om deze microcontroller te kunnen gebruiken in een inrichting om een dochtermicrocontroller te emuleren.

De microcontroller, element 20, is van het bond-out-type en heeft de volgende serie standaardpinnen (eerste serie), waarbij de voedingspinnen eenvoudshalve niet zijn getoond: 10 - eerste data-aansluiting PO (8 bits); - tweede data-aansluiting P1 (8 bits); - derde data-aansluiting P2 (4 + 1 bits); - testbare input pin T1; - onderbreekaansluiting ΙΝΤ/Τ0; 15 - terugstelpin RESET; - oscillator input XTAL1; - oscillator output XTAL2;

Voorts is de volgende tweede versie aansluitpinnen voor een extern programmageheugen 22 (E-PROM van het type 2732 of 2716) 20 voorzien: - adresaansluiting A12-A00, zodat een programmageheugen van maximaal 4K adressen te gebruiken valt; - data-aansluiting D7-D0, met dezelfde breedte als aansluitingen P0,P1; - een geheugenaktiveringsaansluiting PSEN; omdat dit 25 programmageheugen alleen in de leesmode wordt gebruikt is het bovenstaande aantal pinnen voldoende. Het programmageheugen kan nu dus data afgeven die intern in de microcontroller 20 in een geëigend register- of registerdeel worden ingeschreven, en die daarna onderscheidene besturingsfunkties realiseren.

30 Voorts is er een extern 8 bits trekker- (latch) register 24 voorzien. Dit is aangesloten op de data-aansluiting van geheugen 22 en wordt onder besturing van een toestemmingssignaal DXALE geaktiveerd.

Op dit register 24 is een decodeur 26 aangesloten. De 8-bits informatie in register 24 wordt omgevormd tot toestemmingssignalen (in decodeur 35 26) voor één of meer van de dataregisters 28, 30, 32. Deze zijn parallelsgewijze aangesloten op de data-uitgang van geheugen 22 en bezitten zo een kapaciteit van ten hoogste acht bits. Verdere 8602849 t PHN 11.933 8 e bidirektionele aansluitingen van deze registers op de buitenwereld zijn aangegeven. Synchronisatie van de dataregisters 28, 32 gebeurt door een signaal DXWR, een extern schrijfbesturingssignaal. Door de beschreven organisatie kunnen de registers 28, 32 ook met informatie 5 vanuit de data-aansluiting D7-D0 worden gevuld. Het is ook mogelijk om de dataregisters 28, 32 als informatiebron te gebruiken voor de data-aansluiting D7-D0; hiertoe is een besturingsuitgang DXRD voorzien, welke symbolisch alleen met dataregister 32 is verbonden. De elementen 24, 26, 28, 30, 32 kunnen als gebruikelijke TTL bouwstenen 10 zijn uitgevoerd. De intern voor bovengenoemde aktiveringen noodzakelijke instrukties MOV A, DX; MOV DX, A; ANL DX, A; ORL DX, A zijn in de referentie gereleveerd. Het logische resultaat van de laatste twee instrukties wordt in het betreffende register DX opgeslagen. Tenslotte bevat de microcontroller nog een aansluitpin ËXÜT om een 15 extern onderbreeksignaal te ontvangen. In dit eenvoudige voorbeeld behoeft deze echter niet gebruikt te worden. De in dit voorbeeld gebruikte versie van element 20 draagt als typenummer PCF84COOT; met name is dit een 56 pins kleinmodel (S.0.-small outline) uitvoering, waarin juist de benodigde aansluitpennen zijn gerealiseerd (enkele meer 20 dan in figuur 4 aangegeven). Zo zijn bijvoorbeeld de voedingspennen niet getoond.

Figuur 5 geeft een inrichting volgens de uitvinding om een microcontroller van de familie 84 CXX, bijvoorbeeld 84C43 te emuleren. De moedermicrocontroller 20 en het programmageheugen 22 zijn 25 op dezelfde manier getekend als in figuur 1. Desgewenst kan geheugen 22 zijn uitgevoerd als een lees-schrijfgeheugen met willekeurige toegankelijkheid (RAM) dat deel uitmaakt van een op zichzelf bekende emulatiemachine. Deze emulatiemachine kan bijvoorbeeld een PMDS/MAB (Philips Microprocessor Development System / Microcomputer Adaptaber 30 Box) machine zijn. Deze worden commercieel aangeboden (kortheidshalve niet getekend). De interaktie daarmee kan gebeuren op een wijze die voor externe registers in figuur 4 is aangegeven.

Element 34 is de dochtermicrocontroller; deze is van het type 84C43. De extra funktionele verwerkingsdeelelementen zullen worden 35 uitgelegd aan de hand van figuur 6. Aan de linkerzijde zijn weer een aantal standaardpinnen aangegeven: - de terugstelaansluiting RESET; 8682849 » PHN 11.933 9 - de klokaansluitingen XTAL1, XTAL2;

- de data-aansluiting P2, tesaoen met een seriële data-aansluiting SDA

Λ voor een zogenoemde IC-bus; - de bij deze I C-bus mede behorende klokaansluiting SCL; deze pin 5 komt in de standaardversie overeen met pin T1; deze I^C bus wordt geïmplementeerd met onderdelen, welke op registerniveau beschreven zijn in het Europese Octrooi 51 332 en de korresponderence Amerikaanse octrooiaanvragen Serial No. 310 686 (ingetrokken} en 317 693, hierbij geïncorporeerd bij wijze van referentie; 10 - de data-aansluiting P0; - de data-aansluiting P1, hiervan zijn slechts vijf bitlijnen P10..P14 aangegeven, de rest wordt niet gebruikt.

Voorts heeft de dochtermicrocontroller middelen om een aantal zeven-segments afbeeldingselementen aan te sturen. Namelijk 15 vierentwintig segmentsbesturingspinnen S00-S23, waarmee drie zeven-segments karakters in parallel kunnen worden bekrachtigd (het achtste bit is beschikbaar om daarenboven een decimale punt te bekrachtigen).

Verder zijn er vier selektiesignalen BP0..BP3 (backplane 0..3). Door deze is een selektie tussen vier verschillende afbeeldingselementen 20 mogelijk, zodat de kapaciteit voor 12 karakters volstaat. De voeding voor de afbeeldelementen wordt ontvangen op de pin VLCD. Tenslotte is de dochtercontroller voorzien van een extra 4-bits brede data-aansluiting P2. De pinnen, respektievelijk voorzieningen S00 - S23; BP0..BP3, SDA, SCL, P2, VLCD representeren de extra voorzieningen in de 25 dochtercontroller. Voor andere afgeleide versies kunnen meer, minder en/of andere voorzieningen aanwezig zijn. Het uitsluitend weglaten van voorzieningen ten opzichte van de moedermicrocontroller noodzaakt in het algemeen niet tot specifieke emulatie op de dochtermicrocontroller, maar in dat geval kan deze direkt op de moedermicrocontroller worden 30 uitgevoerd. Het is wel mogelijk dat bepaalde voorzieningen op de moedermicrocontroller wèl, doch op de dochtermicrocontroller niet voorzien zijn. Steeds echter is in elk van de twee microcontrollers een dataverwerkingselement aanwezig, en voldoende aansluitmogelijkheden, terwijl de dochtermicrocontroller een intern programmageheugen bezit 35 (anders zou de emulatie nodeloos zijn). In bepaalde gevallen kan van de moedermicrocontroller zelfs het intern programmageheugen geheel vervallen, omdat toch steeds een extern programmageheugen wordt 8602849 <r PHN 11.933 10 't gebruikt.

Het emuleren van de dochtermicrocontroller 34 kan plaatsvinden doordat deze als volgt op de moedermicrocontroller 20 is aangesloten. De aansluiting P0 is aangesloten op de data-aansluiting 5 D7..D0 van de moedermicrocontroller. Op die manier kan de dochtermicrocontroller zich aan de moedermicrocontroller presenteren op analoge manier als register 24 in figuur 4. Verder is de aansluiting P1 ingericht om met de moedermicrocontroller 20 een aantal besturingssignalen te kommuniceren: het met deze aansluiting als 10 standaard voorziene interne trekkerregister slaat dan deze besturingssignalen voorbijgaand op. Aansluitpin P10 voedt de moedermicrocontroller met een extern interrupt signaal EXDI. Aansluitpin P11 ontvangt het leesbesturingssignaal ÖXRD. Aansluitpin P12 ontvangt, parallel met het extern 15 geheugen 22, het toestemmingssignaal PSEN. Aansluitpin P13 ontvangt het schrijfbesturingssignaal DXWR. Deze vier besturingssignalen zijn reeds bij figuur 1 beschreven. Aansluitpin P14 ontvangt het stopbesturingssignaal STFF. Hierdoor kan de stopbesturingsinstruktie worden uitgevoerd; deze instruktie wordt in de 20 moedermicrocontroller uitgevoerd om energie te besparen (bijvoorbeeld omdat de geïntendeerde gebuikersomgeving is voorzien van batterijvoeding). Deze situatie wordt dan medegedeeld middels signaal STFF aan de dochtermicrocontroller die dan ook in een stopmode kan omschakelen. Op zichzelf is het overschakelen tussen aktieve en 25 stopmodes wèlbekend. Het gebruik van dit signaal STFF is met name voordelig bij het realiseren van een prototype (die immers dan ook bovenbedoelde batterijvoeding zal bezitten).

Tenslotte bevat de dochtermicrocontroller een emulatie-besturingsaansluiting EMUL. Onder besturing van een eerste signaalwaarde 30 op deze aansluiting werkt de dochtermicrocontroller in de normale mode. In dat geval zijn onder meer de processor, het programmageheugen en het zich op de chip bevindende leesschrijfgeheugen met willekeurige toegankelijkheid op de normale manier werkzaam. Onder besturing van een tweede signaalwaarde op deze aansluiting werkt de dochtermicroprocessor 35 in de emulatiemode en zijn deze onderdelen afgeschakeld. In plaats daarvan worden als programmageheugen gebruikt het element 22, en voor processor en leesschrijfgeheugen de desbetreffende onderdelen van de 8602849 i PHN 11.933 11 *ι moedermicroprocessor 20 (een programmageheugen is daarin niet voorzien). De extra funktionele onderdelen van de afgeleide versie in de dochtermicrocontroller, die niet in de moedermicrocontroller aanwezig zijn, moeten uiteraard nu wel operationeel blijven. De bovengenoemde 5 eerste waarde is bijvoorbeeld aardpotentiaal. In dat geval kan dit signaal bijvoorbeeld gerealiseerd worden door een verbinding met de op zichzelf op de chip al voorziene aardpin (GND, niet in figuur 5 getoond), zodat hiervoor geen extra aansluitpin nodig is aan een omhulling. Dit heeft als enige nadeel dat dat exemplaar van de 10 dochtermicroprocessor niet meer als zelfstandige bouwsteen buiten de toepassing voor emulatie bruikbaar is. Deze verbinding zal veelal door een specifieke draadverbinding tussen twee bondflappen plaats vinden.

Figuur 6 geeft een intern blokdiagram van een dochtermicrocontroller van de familie 84CXX, voor het extra funktioneel 15 verwerkingsdeel dat de specificiteit van de afgeleide versie belichaamt. De voorziening bevat een generator 132 voor de LCD voedingsspanningen. Middels een serieschakeling tussen de voedingsspanning VDD en de speciale voedingsspanning VLCD van drie weerstanden en een parallelschakelaar kunnen LCD-elementen met een 20 operatiespanning tussen 2 volt en 5 volt worden gebruikt. Element 128 bevat een eigen oscillator, tijdsbesturing en spanningsseleketiemogelijkheid voor de LCD-elementen. Element 130 bevat vier zogenoemde achterbord (backplane) aanstuurelementen met vier uitgangen. Elementen 120..122 (in feite twaalf stuks) bevatten 25 registerelementen en multiplexelementen voor twee segmentuitgangen (twee afbeeldbits voor elk achterbord)). Elementen 124..126 (ook weer twaalf) ontvangen de voeding van element 128 en sturen dus elk twee afbeeldelementen aan. De elementen 120..122 zijn op de bus aan te sluiten om de af te beelden informatie als 8-bits breed te ontvangen. Ze 30 zijn daartoe ook selektief adresseerbaar. Het instellen van de afbeeldingsmodus op stationair (één achterbord, dan wel gemultiplext naar keuze op 2-4 verschillende achterborden) kan met een vaste bedrading gebeuren, op dezelfde manier als eerder beschreven voor de pin EMÜL in figuur 5. De aansluiting op de bus komt dan overeen met twaalf 35 verschillende adressen. De busaansluitingen zelf zijn aangegeven met de pijlen 121, 123 die dus de toevoer van data en adressen verzorgen. De verdere specifikatie van de bus (breedte van data- en adrespad) is 8602849 PHN 11.933 12 eenvoudshalve niet nader getoond.

Figuur 7 illustreert de twee operationele modi voor een dochtermicrocontroller als boven beschreven. De onderbroken lijn 162 geeft aan de schakeling welke zich op het substraat bevindt. Blok 150 5 geeft aan het grootste deel van de funktionele verwerkingsdelen die in figuur 1 zijn getoond, met name de ALU, het residentiële programma-ROM, en de tussen deze beide organisatorisch geschakelde elementen om de ALU te besturen. Lijn 160 symboliseert de bus die bij gesloten stand van de schakelaar 154 in blok 158 doorloopt. Op de bus is aangesloten de 10 aansluiting PO via een buffer 156 en een trekkerregister 152. Op dezelfde manier zijn de bij aansluiting P1 behorende elementen 166, 168 op het deel van de bus boven de schakelaar 154 aangesloten. Het is ook mogelijk de kombinatie 152/156 te vervangen door een organisatie met een bidirektionele buffer, waarbij de richtingen worden geaktiveerd door de 15 signalen ÜXWR en DXRD (zie figuur 5). Element 158 symboliseert de extra funktionele verwerkingsdelen voor de afgeleide versie, dus in dit geval met name de elementen die in figuur 6 zijn

. . . O

getoond, de aansluitmiddelen voor de seriële I C-bus, die hierboven werd gereleveerd, en ook aansluiting P3.

20 Onder besturing van het signaal op de aansluitpen EMUL

wordt schakelaar 154 geopend, respektievelijk gesloten. Als de schakelaar 154 gesloten is, zijn dus alle funktionele verwerkingselementen van de microcontroller operationeel. Als de schakelaar 154 geopend is, zijn alleen de extra toegevoegde funktionele 25 verwerkingselementen 158 operationeel, en zulke elementen die voor de emulatiemode nodig zijn. Onder operationeel wordt verstaan dat de interaktie met de buitenwereld op de normale manier plaats vindt. In de emulatiemode is de interaktie tussen blok 150 en de buitenwereld onderbroken; intern kunnen dan binnen blok 150 nog verdere akties gaande 30 zijn. Met name daarom is schakelaar 151 voorzien die tesamen met schakelaar 154 wordt geopend. Eventuele, door blok 150 afgegeven signalen zijn dan voor de buitenwereld geblokkeerd. Van de voor de emulatie-aktieve elementen toont figuur 7 de aansluiting Pφ met bijbehorende onderdelen. Verder betreft dit (zoals getoond in figuur 5): 35 - de terugstelaansluiting (element 90); - de oscillatoraansluiting XTAL2 (en derhalve element 88).

De overige standaardfunkties worden door de moedermicrocontroller 8602849 * PHN 11.933 13 vervuld en behoeven dus in de dochtermicrocontroller niet aktief te zijn. In bepaalde gevallen kan de verdeling zo zijn, dat bepaalde voorzieningen in de dochtermicrocontroller aktief blijven, ook al zouden ze door zulke in de moedermicrocontroller vervangen kunnen worden. Als 5 voorbeeld wordt de situatie genoemd, dat de moedermicrocontroller een data (RAM) geheugen heeft, maar de dochtermicrocontroller een groter RAM geheugen. Dan bestaat de keuze tussen: het hele moeder RAM plus een deel van het dochter RAM, èn alleen het hele dochter RAM gebruiken. De extra registers in de dochtermicrocontroller kunnen veelal gebruikt 10 worden als lokaties van het lees-schrijfgeheugen (RAM) van de moedermicrocontroller.

Al naar gelang de aard van de voorziening en de architektuur zal de keuze vallen op de voorziening in één van de beide microcontrollers.

15 Daarbij kan de schakelaar 154 als getoond zich in de bus bevinden. In bepaalde gevallen kan het deaktiveren van de kommunikatie met blok 150 op andere manier worden gerealiseerd. Voor de juiste aansluiting van de besturingssignalen (pennen P10..14) is nog een tweede schakelaar 164 voorzien. Als schakelaar 154 wordt geopend, wordt 20 schakelaar 164 juist gesloten. De stuursignalen kommuniceren dan met aansluitelement 170. Dit voorziet in geëigende buffering en is voorts aangesloten op verdere onderdelen van de schakeling, bijvoorbeeld voor het aktiveren van lezen of schrijven of stoppen, en voor het doorlaten van een onderbreeksignaal. Kortheidshalve zijn de laatste aansluitingen 25 niet getoond.

BESCHRIJVING VAN EEN EMULATIE-INRICHTING VOOR EEN MICROCOMPUTER VAN DE FAMILIE 80C51.

Figuur 8 geeft een inrichting volgens de uitvinding voor 30 het emuleren van een microcontroller van de familie 80C51. De moedermicrocontroller 80C51B.0. (= bond-out) is goeddeels, beschreven in de reeds geciteerde referentie, blz. 70-121. Evenwel zijn daarenboven toegevoegd de aansluitingen RSAD7..0 ... INTA die hieronder zijn beschreven.

35 De moedermicrocontroller 100 bevat de volgende aansluitingen: - een data-aansluiting P0 (8 bits); 8602849 PHN 11.933 14 - een data-aansluiting P1 (idem, die in dit uitvoeringsvoorbeeld echter niet wordt gebruikt) - 8 bits; - een data-aansluiting P2 (8 bits); - een data-aansluiting P3 (8 bits), behalve als data-aansluitingen 5 hebben de bitlijnen hiervan de volgende alternatieve funkties: serieel in/out; externe interrupt (2x); externe tijdgever (2x); en externe schrijf (3.6) en lees (3.7)-synchronisatie; in de emulatie-situatie worden alleen de laatstgenoemde twee bitlijnen gebruikt; - adrestrekkertoestemmingssignaal (ALE); 10 - twee klokaansluitingen XTAL1, 2; - toestemmingssignaal voor het programmageheugen (PSEN); waardoor het interne programmageheugen en een extern, niet voor emulatie bedoeld programmageheugen elkaar kunnen substitueren of aanvullen; 15 - selektiesignaal tussen intern/extern programmageheugen (SA); - een terugstelsignaal (RESET); - een voedingsklem (VDD) en een aardkiem (GND), die uiteraard op alle getoonde circuits aanwezig zijn.

Voor de emulatie heeft de betreffende "bond-out"-versie 20 de volgende voorzieningen: - een 8 bits trekkerschakeling die (104) door het signaal ALE wordt bestuurd; - een programmageheugen (106) EPROM, respektievelijk het lees-schrijf-geheugen van de emulatiemachine; dit kan 16-bits brede adressen 25 ontvangen - de data heeft een breedte van 8 bits.

- een bufferdoorlaatelement 108 dat een aantal externe signalen M1, M2, INTR, EXT, INT ontvangt en selektief doorlaat.

Voorts zijn de volgende aansluitingen voorzien: - een gemultiplexte lijn voor de minst-signifikante adresbits voor het 30 programmageheugen, alsook voor de databits (EAD7..0); - een gemultiplexte lijn voor de meest-signifikante adresbits, respektievelijk de uitgangssignalen uit het bufferdoorlaatelement 108, (EA8..EA15); - een toestemmingssignaal speciaal voor het emulatiegeheugen (verschilt 35 van PSEN)- PSINÊ; - een stuursignaal dat aangeeft of de moedermicrocontroller in de standby (idle) of vermogensloze toestand (power down) is overgegaan; 8602849 k PHN 11.933 15 in deze standen vindt (vergelijk de stopmode in figuur 2) geen verdere uitvoering van het programma plaats; - een machineselektiesignaal (C1/INTD) dat aangeeft of de eerste, dan wel de tweede of volgende cyclus van een instruktie-met-meer cycli 5 actueel is; tijdens de eerste verschijnt de opcode, tijdens de tweede of eventueel volgende cycli kunnen operanden verschijnen, dan wel ze kunnen voorzien zijn voor bepaalde, langerdurende uitvoeringen zoals een vermenigvuldiging; - een onderbreekbevestigingssignaal (ÏNÏA), dat hier echter 10 niet verder wordt gebruikt; - een gemultiplexte adres/datasignaal (RSAD 7..0) van 8 bits breed; - de externe lees (RSRD) en schrijf (R3WR) signalen, die overeenkomen met de signalen DXRD,

DxWr in figuur 2; 15 - een trekkerregister toestemmingssignaal (RSALE); - een 'geheugen/speciaal' signaal (RAM/SFR) dat aangeeft of de data bestemd is voor het leesschrijfgeheugen met willekeurige toegankelijkheid van de dochtermicrocontroller, dan wel voor een daarin voorzien register, respektievelijk registers met speciale 20 funktie.

- tenslotte kan nog een paar synchronisatievertandingssignaalaan-sluitingen (TNTf, ÏNTa') aanwezig zijn voor een onderbrekingsmechanisme; door deze voorziening behoeft het ogenblik van verschijnen van een 25 onderbreeksignaal niet aan beperkingen onderhevig de zijn, welke beperkingen door onderlinge timing-relaties van moedermicrocontroller en dochtermicrocontroller veroorzaakt zouden kunnen zijn.

De dochtermicrocontroller 102 is in twee versies afgebeeld die zich van elkaar onderscheiden in hun extra voorziene 30 funktionele verwerkingsmiddelen. In de eerste afgeleide versie is boven de elementen van de moedermicrocontroller alleen een seriële busaansluitmg voor een I C-systeem voorzien. De dochtermicrocontroller bezit verder de volgende aansluitingen: - twee aansluitpinnen voor de stroomvoorziening (VDD,GND) 35 - twee klokaansluitpinnen (Θ1-Θ2) om, in stede van door een extern oscillatorkristal, door kloksignalen van de moedermicrocontroller te worden gesynchroniseerd; 8602849 PHN 11.933 16 - een data-aansluiting van 8 bit breed (P0) die bidirektioneel verbonden is met RSAD7..0 van de moedermicrocontroller; - een data-aansluiting van 8 bit breed (P2) waarvan de één-bitsaansluitingen P20-P27 als volgt gebruikt worden: 5 P20 : leesbesturingssignaal voor het register met speciale funktie (5FKKÏÏ); P21 : idem schrijfbesturingssignaal (SFRWR); P22 : idem toestemmingssignaal (SFRALE); P23 : selektiesignaal tussen leesschrijfgeheugen met willekeurige 10 toegankelijkheid en register met speciale funktie RAM/SfE); P24 : het toestemmingssignaal voor het externe programmageheugen 106 (PSENE), dat (bidirektioneel) de status van moedermicrocontroller met die van de dochter synchroniseert; P25 : het signaal standby/stopmode (IDL/PD) van de moedermicro-15 controller; P26 : een stopbit die door de emulatiemachine wordt gevormd om de dochter/moedermicrocontroller stil te zetten, om daarin bijvoorbeeld statisch een registerinhoud te kunnen uitlezen. Deze aansluiting heeft op de moedermicrocontroller de eerder besproken dubbele funktie. Het 20 signaal INTD is vanuit buffer 108 ontvangbaar; P27 : dit signaal selekteert tussen de twee versies van de afgeleide microcontroller (83C652, respektievelijk 83C552). Het desbetreffende signaal kan weer verkregen te worden door een selektieve bondaansluiting zoals eerder besproken werd voor het signaal EMUL in figuur 5; 25 - van de 8 bits brede data-aansluiting P3 zijn alleen de pinnen P36 en P37 in parallel aangesloten op de pinnen P36, P37 respektievelijk van de moedermicrocontroller. Voorts is nog een paar aansluitpinnen voorzien die korresponderen met de pinnen iNt, INTA van de moedermicrocontroller om een synchronisatievertanding voor een 30 onderbreeksignaal vanuit de dochtermicrocontroller te realiseren.

De overige aansluitingen worden bij het emuleren van deze versie van de dochtermicrocontroller niet gebruikt, respektievelijk ze zijn niet voorzien.

In de tweede afgeleide versie van de dochtermicro-35 controller zijn een aantal verdere faciliteiten gerealiseerd, die in desbetreffende funktionele elementen zijn belichaamd, namelijk AD-conversie (spanning naar bitpatroon), DA-conversie (bitpatroon naar 8602849 PHN 11.933 17 pulslengtemodulatie), extra aansluitingen P4, P5r een telmechanisme voor gebeurtenissen (event counter), een waakhondklokker (watchdog timer) en Λ de eerder genoemde IC aansluiting. Naast de eerder genoemde aansluitingen zijn hiertoe in deze versie de volgende aansluitingen 5 voorzien (van de moedermicrocontroller worden alleen enkele additionele aansluitingen gebruikt die echter in deze "bond-out"-versie tevoren reeds waren voorzien): - een terugstelaansluiting voor het in/uitvoermechanisme (RESI/O) die bidirectioneel parallel met de terugstelaansluiting van de 10 moedermicrocontroller is verbonden; - een kloksignaalingang (XTAL1) die via een buffertrap (110) door de kloksignaaluitgang (XTAL2) van de moedermicrocontroller wordt aangestuurd; - twee 8-bits brede data-aansluitingen P1, P4; 15 - de overige 6-bits van de 8-bits brede data-aansluiting P3; - een data-aansluiting (P5) van acht kanalen breed; op elk van deze kanalen is een analoge spanning ontvangbaar die in de dochtermicro-controller in een digitaal signaal kan worden omgezet. De analoge signalen zijn hiertoe op een gemultiplext AD omzetelement ontvang- 20 baar. De kanalen kunnen ook voor digitale signalen gebruikt worden en in dat geval kunnen ze bidirektioneel werkzaam zijn; - een één bits-synchronisatiesignaal (STADC) om bovengenoemde analoog naar digitaal omzetting te initialiseren (strobe); - twee referentiespanningsaansluitingen (VREF+, VREF-) - welke nodig 25 zijn voor het effekteren van genoemde analoog naar digitaal omzetting; - twee voedingsspanningen (AVSS,AVCC) die speciaal voor de AD conversie voorzien zijn; - twee uitgangen voor een door pulsbreedte-modulatie geanalogiseerde signalen (PWM0,PWM1); 30 - EWN aktiveringssignaal voor de waakhondklokker;

Voorst zijn de volgende aansluitingen ongebruikt: - de kloksignaaluitgang XTAL2; - de adresregistertoestemmingslijn ALE; - SX extern aanspreeksignaal, zie ook de moedermicrocontroller; 35 - de lijn PSEN voor een extern programmageheugen (zie dezelve bij de moedermicrocontroller).

Het in- respektievelijk uitschakelen van de 8602849 PHN 11.933 18 respektievelijke funkties kan weer gebeuren door een signaal op aansluiting EMUL, hetgeen intern gerealiseerd wordt op bijvoorbeeld een net figuur 7 analoge wijze. Als daarbij de extra voorzieningen voor de dochtermicrocontroller voortdurend geaktiveerd zijn (bijvoorbeeld 5 schakelaars 151/154 gesloten en schakelaar 164 geopend) door een middels een draad tussen twee bondflappen toegevoerde spanning, behoeft op de omhulling geen speciale pin meer voorzien zijn en kan de zo omhulde microcontroller op dezelfde wijze gebruikt worden als de standaardversie, en wel voor elke toepasselijke gebruikersomgeving.

10 Een verdere mogelijkheid om een als boven beschreven dochtermicrocontroller te gebruiken, is als randapparaat van de moedermicrocontroller. In dat geval kan binnen de moedermicrocontroller weer het intern programmageheugen worden geaktiveerd. Van de dochtermicrocontroller zijn dan weer slechts de toegevoegde funkties 15 operationeel. Zo kan dan een dochtermicroprocessor, waarvan arithmetische/logische eenheid en/of intern programmageheugen defekt zijn, toch gebruikt worden, met de moedermicrocontroller als "stand-in" voor de defekte funkties.

8602849

Claims

1. Inrichting voor het emuleren van een microcontroller, bevattende een moedermicrocontroller welke voorzien is van: - een eerste serie standaardpinnen, - een tweede serie geheugenaansluitpinnen om data, adressen en 5 besturingssignalen met een aanwezig extern programmageheugen uit te wisselen, - een derde serie aansluitpinnen om besturingssignalen uit te wisselen met een extern hardware register, - een processorelement, 10. een intern programmageheugen, - en kommunikatiemiddelen tussen genoemd processorelement, intern programmageheugen, genoemde series pinnen, en verdere onderdelen binnen de moedermicrocontroller, met het kenmerk dat voor het emuleren van een dochtermicrocontroller die 15 ten opzichte van de moedermicrocontroller een extra funktioneel verwerkingsdeel bezit, een eerste data-aansluiting van de serie standaardpinnen van de dochtermicrocontroller is aangesloten in parallel met een data-aansluiting binnen genoemde tweede serie van de moedermicrocontroller op een data-aansluiting van genoemd extern 20 programmageheugen, een tweede data-aansluiting van de serie standaardpinnen van de dochtermicrocontroller is aangesloten op genoemde derde serie aansluitpinnen van de moedermicrocontroller, en van genoemde tweede data-aansluiting ten minste één aansluitpin, telkens in parallel met één korresponderende besturingspin van genoemde tweede 25 serie van de moedermicrocontroller, op genoemd extern programmageheugen, en dat de dochtermicrocontroller voorzien is van een emulatiebesturingsaansluiting waarbij een eerste logisch signaal op de emulatiebesturingsaansluiting genoemde kommunikatiemiddelen voor uitwisseling met processorelement en intern programmageheugen van de 30 dochtermicrocontroller onwerkzaam maakt, zodat daarvoor respektievelijk het processorelement van de moedermicrocontroller en genoemd extern programmageheugen werkzaam zijn, dat als standaardpinnen de eerste serie standaardpinnen aktief is, en dat genoemd extra funktioneel verwerkingsdeel binnen de dochtermicrocontroller werkzaam is en 35 verbonden met de kommunikatiemiddelen van de moedermicrocontroller.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een stopuitgang binnen genoemde derde serie verbonden is met een 8602849 ______ PHN 11.933 20 stopbesturingselement binnen genoemde dochtermicrocontroller.

3. Moedermicrocontroller voor gebruik in een inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat genoemde derde serie aansluitpinnen voor het effektueren van een emulatie van een daarop 5 aansluitbare dochtermicrocontroller naast twee lees- respektievelijk schrijfbesturingspinnen verder een uitgang bezit voor een trekkerregistertoestemmingssignaal (ALE).

4. Moedermicrocontroller volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat zij een paar synchronisatievertandingsaansluitingen voor 10 onderbreeksignalen ter aansluiting op korresponderende synchronisatievertandingsaansluitingen van genoemde dochtermicrocontroller bezit.

5. Dochtermicrocontroller voor gebruik in een inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat genoemde 15 emulatiebesturingsaansluiting voortdurend met een vaste aansluiting van de dochtermicrocontroller voor effektuering van genoemd onwerkzaam maken verbonden is.

6. Dochtermicrocontroller volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een door genoemd eerste logisch signaal aktiveerbaar 20 aansluitmiddel (170) voor besturingssignalen met een deel van haar standaardpinnen verbonden is.

7. Geïntegreerde schakeling voor gebruik in een dochtermicrocontroller volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk dat een aansluiting aanwezig is om bij opname in een omhulling met genoemde 25 emulatiebesturingsaansluiting te worden gekontakteerd, en dat een tweede logisch signaal genoemd onwerkzaam maken verijdelt, zodat alsdan processorelement en programmageheugen van de geïntegreerde schakeling aktiveerbaar zijn.

8. Microcontroller bevattende een geïntegreerde schakeling 30 volgens conclusie 7, met het kenmerk dat binnen de omhulling genoemde emulatie-aansluiting met een bron voor genoemd tweede logische signaal verbonden is. 8602849