WO1996018151A1 - Speicheranordnung einer steuereinrichtung mit einem mikroprozessor - Google Patents

Speicheranordnung einer steuereinrichtung mit einem mikroprozessor Download PDF

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Johann Bauer
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Definitions

  • the invention relates to a control device with a processor system and a first linearly addressable memory for program code and system data and a second memory which can be controlled by the same addresses for additional program code and further system data.
  • Microprocessors with a processing width of. 6 ⁇ it usually have a 16-bit program counter, which can therefore address a maximum of 64 kbit addresses.
  • 16-bit microprocessors have a program counter of limited size, which also limits the addressable memory volume.
  • the microprocessor type 601 ⁇ 6 has a 21-bit program counter with which a maximum of 1 megabyte addresses can be controlled.
  • the existing address volume is sometimes too small, which is why various methods have been developed to expand the address area of a microcontroller.
  • Microcontroller 8051 offers the special possibility of a 64 kilobyte program memory parallel to a 64 kilobyte Address data storage. For this purpose, on page 31 under 2.6.3 under the heading "Overlapping external program and data memory areas" it is stated that an AND operation of the two signals PSEN and RD generated by the microcontroller can be used to switch between the two memory blocks.
  • the disadvantage of this type of addressing of two memory blocks is that twice as many internal clock cycles are required to access the external memory and the device is therefore slower.
  • Inexpensive home computers such as B.
  • the C64 Commcdore home computer and also so-called game consoles with 6-bit microprocessors expand the addressing area of the memory by means of so-called Meyy mapping, in which they are eir. Activate output modules memory banks. That's the way it is.
  • Subroutines must be available in the corresponding memory blocks. So that z. B. for the copying of data from the read memory into the read / write memory for each memory access reprogramming of the input / output ports necessary, which further reduces the operating speed of the system.
  • the handling of interrupts is made more difficult in real-time operating systems if, for example, the program is in one bank in the event of an interrupt, but the interrupt is processed in the other bank.
  • the current processing address is temporarily stored in the so-called stack register. After interrupt processing has ended, the original program should continue, but the stack register contains no information about the associated bank.
  • the object of the invention is to develop a method that can be program and without wasting time
  • Data storage banks can be flexibly accessed and memory contents copied from one database to the other.
  • the solution to the problem is that the control of the first memory block by the first additional address line and the control of a further memory block is carried out by a further additional address line of the logic circuit, the logic circuit from the status bits of the microprocessor device which are automatically generated on the basis of the commands to be processed Forms address lines.
  • Processing cycles of the microprocessor can be accessed.
  • Program memory and data storage areas are guaranteed. Furthermore, subroutines can be accessed optionally.
  • 1 shows the block diagram
  • 2 shows the logic module
  • Fig. 3 shows the truth table, taking into account that the drive signal of the memory chips corresponds to the zero of the logical one.
  • the control device consists u. a. from the microprocessor P, which addresses the program memory SP1 and the data memory SP2 via the address bus AB and receives or sends the data via the data bus DB.
  • the logic module L with the inputs SB releases the program memory SP1 via the signal AD1 or the data memory SP2 via the signal AD2.
  • the RX input and the TX output on the microprocessor F represent the interface for serial data transmission.
  • the program memory is designed as a Flash EPRO, a read-only memory that can be completely deleted and rewritten using a specific procedure.
  • the data memory is designed as RAM (read / write memory).
  • the status decoding implemented by the logic module L, generates the
  • Chip enable signals for the program memory, the data memory and the input / output modules (not shown in FIG. 1) in the overlapping address area With the provision of the address AB for the next processing command, the program memory SP1 is activated by the control signal AD1. When the data memory is accessed, it is released by the signal AD2. H. data can be written or read. The consequence of this is that no data, such as. E. Tables may stand. This must be taken into account when creating the software.
  • the separation of program code and data segments are supported by the compilers, which are the software development tools.
  • the program memory, data memory and input / output modules are divided into address areas according to the integrated modules.
  • the logic module L which ensures stable address lines AD1 and AD2, and on the other hand divides the integrated memory circuits into program memory area and data memory area and releases the corresponding memory areas in accordance with the processing instructions of the microprocessor P. Since the signals SO, SI and S2 of the microprocessor 80186 are high-resistance, ie undefined, in certain operating states, the status data SD is generated in the logic module L via the HLDA signal of the microprocessor. Thus, memory areas in the program memory and in the data memory z. B. in 256-kilobyte Elöcken, which can each be an integrated memory circuit, individually addressed. It is important that program memory access and data memory access are the same. Address range can be prevented.
  • each memory cell in the logic module L is responsible for a memory module to be deactivated or for an address area of a certain size.
  • Input / output ports and data memory SPm can be operated in parallel, taking into account the known banking conditions. It is advantageous that in certain operating modes of the device special programs can be activated or definable memory areas can be read or written.
  • I / O ports can be activated or deactivated. This will be described using an example.
  • a program in a first address area which is naturally activated by means of the address line AD1, transfers data from the serial interface Rx into a read / write memory, which is arranged in a second address area and is activated via the address line AD2. These data are currently a new part of the program.
  • the read / write memory nu is switched over to the area of the address line AD1 or additionally shifted in the address area via the corresponding memory cell in the logic module L.
  • the device can thus be remotely programmable.
  • the method also allows programs to be downloaded to the flash EPROM type read-only memories already mentioned.
  • the program which is located in the read / write memory in the address area 2 after the remote data transmission procedure, in the flash EPROM in one
  • Address area 3 which was previously switched from the address line AD1 to the address line AD2 via a corresponding memory cell in the logic module L.
  • the previously erased flash EPROM can thus be described as a block in the prescribed algorithm. After switching back to the address line AD1, this program is now available for the normal program execution of the system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung mit einem Mikroprozessorsystem und einem ersten linear adressierbaren Speicher für Programmcode und Systemdaten und einem zweiten durch die gleichen Adressen ansteuerbaren Speicher für zusätzliche Programmcode und weitere Systemdaten, bei dem die Ansteuerung des ersten Speichers durch eine erste zusätzliche Adreßleitung und die Ansteuerung des zweiten Speichers durch eine zweite zusätzliche Adreßleitung der Logikschaltung erfolgt, wobei die Logikschaltung aus den sich aufgrund der zu verarbeitenden Befehle automatisch erzeugten Statusbits der Mikroprozessoreinrichtung die Adreßleitungen bildet. Zusätzliche Register und eine erweiterte Adreßdecodierlogik in der Logikschaltung weisen Speicherblöcken einen anderen Adreßbereich zu und erlauben den wahlweisen Betrieb von Speicherblöcken im gleichen Adreßbereich. Hiermit wird eine einfache Erweiterung des Adressiervolumes eines Mikroprozessorsystems erreicht und ein Verfahren zum Lesen und Beschreiben von Speicherbereichen ermöglicht, das eine Fernwartung von Systemsteuerungen vorteilhaft ermöglicht.

Description

Speicheranordnung einer Steuereinrichtung mit einem Mikroprozessor
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung mit ei.ne Prozeεsorsystem und einem ersten linear adressierbaren Speicher für Programmcode und Systemdaten und einem zweiter, durch die gleichen Adressen ansteuerbaren Speicher für zusätzlichen Programmcode und weitere Systemdaten.
Mikroprozessoren mit einer Verarbeitur-.gεbreite vcr. 6 Ξit haben in der Regel einen 16-Bit-Prcgrammzähler, der demnach maximal 64 kBit Adressen ansprechen kann. 16-Eit-Mikroprozessoren haben aus physikalischen Gründen einen Programmzähler begrenzter Größe, womit das adressierbare Speichervolumen ebenfalls begrenzt ist. So hat der Mikroprozessor vom Typ 601Ξ6 einen 21-Bit-Programmzähler, mit dem maximal 1 Megabyte Adressen ansteuerbar sind. Für umfangreiche Steuerungsaufgaben und größere Datenmengen ist das vorhandene Adreßvolumen teilweise zu gering, weshalb verschiedene Verfahren entwickelt wurden, den Adreßbereich eines MikroControllers zu erweitern.
In der VALVO-Broschüre, die 8-Eit-Mikrocontroller-Familie 8051, Ausgabe 1 vom Oktober 1984, herausgegeben von VALVO Unterneh ensbereich Bauelemente der Philips GmbK, Burchardtstr. 19 in Hamburg, beschreibt ab Seite 72 unter 3 Speicherorganisation, Adressierungsarten und Boolescher Prozessor, wie zwischen den 64-Kilobyte-Speicherblöcken für Programm und Daten umgeschaltet werden kann. Der
Mikrocontroller 8051 bietet die besondere Möglichkeit, einen 64-Kilobyte-Programmspeicher parallel zu einem 64-Kilobyte- Datenspeicher zu adressieren. Hierzu ist auf Seite 31 unter 2.6.3 unter dem Titel "Überlappende externe Programm- und Datenspeicherbereiche" ausgeführt, daß über eine UND- Verknüpfung der beiden vom MikroController generierten Signale PSEN und RD zwischen den beiden Speicherblöcken umgeschaltet werden kann. Nachteil dieser Adressierungsart zweier Speicherblöcke ist, daß für den Zugriff auf den externen Speicher doppelt so viele interne Taktzyklen benötigt werden und die Einrichtung somit langsamer wird.
Kostengünstige Heimcomputer, wie z. B. der C64 Commcdore- Heimcomputer und auch sogenannte Spielekonεolen mit 6-Bit- Mikroprozes≤oren erweitern den Adressierungsbereich der Speicher durch sogenanntes Me ory-Mapping, in dem sie über eir. Ausgabebauεteine Speicherbänke aktivieren. So ist der. C64-
Schaltplar. aus der Commcdore-Sachbuchreihe, Band 1, 1952, zu entnehmen, wie über die im Mikrcprozessorbaustein integrierte Ein-/Ausgabeeinheit der Datenspeicher, die Programmspeicher des Betriebssystems und die über den sogenannten ROM-?cr~ zusteckbarer. Erweiterungsspeicher adressiert werden können. Diese kostengünstige Lösung hat den Nachteil, daß die Umschaltung zwischen den Speicherblöcken zeitaufwendig vorgenommen werden muß und daß im Programmablauf zwischen der. Speicherblöcken nicht beliebig geschaltet werden kann, wodurch der Aufwand an Programmspeicher erhöht wird, da bestimmte
Unterprogramme in den entsprechenden Speicherblöcken jeweils vorhanden sein müssen. Damit wird z. B. für das Kopieren von Daten aus dem Lesespeicher in den Schreiblesespeicher zu jedem Speicherzugriff ein Umprogrammieren der Ein-/Ausgabeports notwendig, was die Arbeitsgeschwindigkeit des Systems weiter reduziert. Die Behandlung von Interrupts wird bei Echtzeitbetriebssystemen erschwert, wenn z.B. das Programm sich im Falle eines Interrupts in einer Bank befindet, der Interrupt jedoch in der anderen Bank bearbeitet wird. Beim Interrupt wird die augenblickliche Bearbeitungsadresse im sogenannten Stackregister zwischengespeichert. Nach dem Ende der Interruptbearbeitung sollte das ursprüngliche Programm fortgesetzt werden, jedoch enthält das Stackregister keine Information über die zugehörige Bank.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, das ohne Zeitverluste auf Programm- und
Datenspeicherbänke flexibel zugreift und auch Speicherinhalte von einer Datenbank auf die andere kopiert.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Ansteuerung des ersten Speicherblocks durch die erste zusätzliche Adreßleitung und die Ansteuerung eines weiteren Speicherblocks durch eine weitere zusätzliche Adreßleitung der Lcgikschaltung erfolgt, wobei die Logikschaltung aus den sich aufgrund der zu verarbeitenden Eefehle automatisch erzeugten Statusbitε der Mikroprozessoreinrichtung die Adreßleitungen bildet.
Die Auswertung der Statusbit des Mikroprozessors zur Eildung von zusätzlichen Adreßleitungen bzw. Chipauswahlleitungen hat den Vorteil, daß aufgrund der Art der Speicherzugriffεbefehle zwischen den Speicherbänken ohne zusätzliche
Verarbeitungszyklen des Mikroprozessors zugegriffen werden kann. Eei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist sichergestellt, daß bei einem ereignisgesteuerten Echtzeitbetriebssystem ein Interrupt einen Datenspeicherzugriff auf eine Interruptvektortabelle erfolgt. Der flexible Zugriff auf
Programmspeicher- und Datenspeicherbereiche wird gewährleistet. Desweiteren kann wahlfrei auf Unterprogramme zugegriffen werden.
Am Beispiel eines Mikroprozessorsystems mit dem 80186 (bzw. 80C186) von Intel wird beschrieben, wie die Ansteuerung des Programmspeichers der Datenspeicher und der Ein-/Ausgabebereich im selben Adreßraum mit Hilfe eines Logikbausteines anhand der beiliegenden Zeichnungen erfolgt.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild, Fig. 2 zeigt den Logikbaustein,
Fig. 3 zeigt die Wahrheitstabelle, wobei zu berücksichtigen ist, daß dem Ansteuersignal der Speicherchips entsprechend die Null der logischen Eins entspricht.
Die Steuerungseinrichtung besteht u. a. aus dem Mikroprozessor P, der über den Adreßbus AB den Programmspeicher SP1 und den Datenspeicher SP2 adressiert und die Daten über den Datenbus DB empfängt oder sendet. Der Logikbaustein L mit den Eingängen SB gibt den Programmspeicher SP1 über das Signal AD1 oder den Datenspeicher SP2 über das Signal AD2 frei. Der Eingang RX und der Ausgang TX am Mikroprozessor F stellen die Schnittstelle für eine serielle Datenübertragung dar.
Der Programmspeicher ist als Flash-EPRO , einem Leεesspeicher, der über eine bestimmte Frozedur komplett gelöscht und neu beschrieben werden kann, ausgeführt. Der Datenspeicher ist als RAM (Schreib-/Lesespeicher) ausgeführt. Die Statusdecodierung, realisiert durch den Logikbauεtein L, erzeugt die
Chipfreigabesignale für den Programmspeicher, den Datenspeicher und die in Fig. 1 nicht dargestellten Ein-/Ausgabebausteine im überlappenden Adreßbereich. Mit der Bereitstellung der Adresse AB für den nächsten Verarbeitungsbefehl wird der Programmspeicher SP1 durch das Ansteuersignal AD1 aktiviert. Bei einem Zugriff auf den Datenspeicher wird dieser durch das Signal AD2 freigegeben, d. h. es können Daten geschrieben oder gelesen werden. Die Folge davon ist, daß im Bereich der Programmspeicher keine Daten, wie z. E. Tabellen stehen dürfen. Dies ist bei der Erstellung der Software zu berücksichtigen.
Die Trennung von Programmcode und Datensegmente werden von den Compilern, das sind die Software-Entwicklungshilfsmittel, unterstützt. Die Programmspeicher, Datenspeicher und Ein-/Ausgabebausteine sind den integrierten Bausteinen entsprechend in Adreßbereiche eingeteilt. Der Logikbaustein L, der einmal stabile Adreßleitungen ADl und AD2 gewährleistet, und zum andern die integrierten Speicherschaltungen in Programmspeicherbereich und in Datenspeicherbereich einteilt und entsprechend der Verarbeitungsbefehle des Mikroprozessors P Die entsprechende Speicherbereiche freigibt. Da die Signale SO, SI und S2 des Mikroprozessors 80186 in bestimmten Betriebszuständen hochohmig, d. h. Undefiniert sind, wird über das Signal HLDA des Mikroprozessors der Status Data SD im Logikbaustein L erzeugt. Somit können Speicherbereiche im Programmspeicher und im Datenspeicher z. B. in 256-Kilobyte-Elöcken, was jeweils eine integrierte Speicherschaltung sein kann, individuell adressiert werden. Hierbei ist es wichtig, daß Programmspeicherzugriff und Datenspeicherzugriffe im gleicher. Adreßbereich verhindert werden.
Durch die Register Rm im Logikbaustein L n .ά ihre Verknüpf ng LA mit Adreßleitungen des Adreßbussystems AΞ ist es möglich, Speicherbausteine zu deaktivieren und Speicherbereiche von niedrigen Adreßbereichen in höhere oder umgekehrt wahlfrei umzuschalten. Jede Speicherzelle im Logikbauεtein L ist für ein zu dea.ktivierender Speicherbaustein oder für eine Adreßbereich einer bestimmten Größe zuständig.
Damit wird erreicht, daß im selben Adreßbereich mehrere
Ein-/Ausgabeports und Datenspeicher SPm parallel betrieben werden können, wobei hier die bekannten Bedingungen des Banking zu berücksichtigen sind. Vorteilhaft ist, daß in bestimmten Betriebsarten der Einrichtung spezielle Programme aktivierbar sind oder definierbare Speicherbereiche gelesen oder beschrieben werden können.
Durch das Vertauschen von Adreßbereichen können die zuvor in einen Schreib-/Lesespeicher geschriebene Daten von diesem in einen elektrisch programmierbaren Lesespeicher, z.B. einen Programmspeicher, der sich zwangsweise in einem anderen Adreßbereich befinden muß, kopiert werden. Dies ist vorteilhaft für die Fernladung von Programmen oder Programmteilen sowie von Systemdaten. Weiterhin können Ein-Ausgabeports aktiviert oder deaktiviert werden. Dies soll anhand eines Beispiels beschrieben werden.
Ein Programm in einem ersten Adreßbereich, der naturgemäß mittels der Adreßleitung ADl aktiviert ist, überträgt Daten von der seriellen Schnittstelle Rx in einen Schreib-/Leεespeicher, der in einem zweiten Adreßbereich angeordnet ist und über die Adreßleitung AD2 aktiviert wird. Diese Daten sind z.E. ein neuer Programmteil. Über die entsprechende Speicherzelle im Logikbaustein L wird der Schreib-/Lesespeicher nu in den Eereich der Adreßleitung ADl umgeschaltet oder auch zusätzlich im Adreßbereich verschoben. Damit kann die Einrichtung fernprogrammierbar sein.
Über diese Prozedur sind z.E. Programmteile ferr.ladbεr, die nicht immer im System resident sein müssen, wie z.E. Prüf- oder Konfigurationsprcgramme bzw. εystemrelevante Daten.
Das Verfahren gestattet auch das Fernladen von Programmen in die bereits erwähnten Festwertspeicher des Typs Flash-EPROM. Hierbei wird das Programm, das sich nach der Datenfernübertragungsprozedur im Schreib-/Leseεpeicher im Adreßbereich 2 befindet, in den Flash-EPROM in einem
Adreßbereich 3, der über eine entsprechende Speicherzelle im Logikbaustein L zuvor von der Adreßleitung ADl auf die Adreßleitung AD2 umgeschaltet worden ist, kopiert. Damit kann der zuvor gelöschte Flash-EPROM im vorgeschriebenen Algorithmus als ein Block beschrieben werden. Nach dem Zurückschalten auf die Adreßleitung ADl steht nun dieses Programm dem normalen Programmablauf des Systems zur Verfügung.
Eei kleineren Programmänderungen, z.B. Korrektur von Sprungtabellen, wird wegen der zu minimisierenden
Datenübertragungszeit der Inhalt des Programmspeicherblocks, d. h. der entsprechende Flash-EPROM in einen Schreib-/Lesespeicherblock unter der Adreßleitung AD2 kopiert, um dann die zu ändernden Speicherzellen gezielt über eine Datenfernübertragungsprozedur im betreffenden Schreib-/Lesespeicher zu überschreiben. Nach dem Löschen des Programmspeicherblocks in Form des Flash-EPROMs, werden die Daten entsprechend des vorgeschriebenen Algorithmus als ein Block in den Flash-EPROM kopiert, der hierfür auf die Adreßleitung AD2 umgeschaltet wurde.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Steuereinrichtung mit einem Mikroprozessorsystem (P) und einem ersten linear adreεεierbaren Speicher (SPD für Programmcode und Systemcaten und einem, zweiten durch die gleichen Adressen ansteuerbaren Speicher (SP2) für zusätzlichen Programmccde und weitere Systemcaten dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des ersten Speicherblocks (SPD durch die erste zusätzliche Adreßleitung (ADl) und die Aisteuerung eines weiteren Speicherblocks durch eine weitere zusätzliche Adreßleitung (AD2) der Logikschaltung (L) erfolgt, wobei die Logikschaltung aus den sich aufgrund der zu verarbeitenden Befehle automatisch erzeugten Statusbits (SB) der Mikroprozessoreinrichtung die Adreßleitungen (ADl) , (AD2) bildet .
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zusätzlicher Register (Rm) und einer erweiterten Adreßcodierung (LA) im Logikbaustein (L) Speicherblöcke einen anderen Adreßbereich (Anm) zugewiesen bekommen.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Speicherblöcke im gleichen Adreßbereich wahlweise angesteuert werden können.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicher (SPD als ein programmierbarer Festwertspeicher und der zweite Speicher (SP2) als ein Schreib-/Lesespeicher ausgebildet ist.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Speicher (SPD oder im zweiten Speicher (SP2) ein Kommunikationsprogramm zum interaktiven Datenaustausch zwischen einer externen Einrichtung und dem zweite."1. Speiche: (SP2) enthalten ist, das die empfangenen Daten in geeignete: Form in den zweiten Schreib-/Lesespeicher (SP2) schreibt.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im zweiten Speicher (S?2) vorhandenen Daten in den ersten programmierbaren Festwertspeicher (SPD übertragen und gespeichert werden.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das im ersten Speicher (SPD befindliche Kommunikationsprogramm, das
Festwertspeicherprogrammierprogramm sowie auch weitere Verwaltungsprogramme und Syste daten vor dem Datenaustausch mit der externen Einrichtung in den zweiten Speicher (SP2) übertragen werden.
PCT/DE1995/001602 1994-12-06 1995-11-17 Speicheranordnung einer steuereinrichtung mit einem mikroprozessor WO1996018151A1 (de)

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