Современная электроника №8/2025

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 53 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2025 Рис. 2. Функциональная схема архитектуры Фон-Неймана чем цены конкурентов (в первую оче- редь, конечно, «Моторолы»). 16C84 нашёл применение в смарт-картах, пультах дистанционного управле- ния и беспроводных автомобильных ключах. Он положил начало целой линейке микроконтроллеров, став- ших «суперзвёздами» электроники – сейчас любой радиолюбитель знает о PIC-контроллерах. К настоящему вре- мени продано около 6 миллиардов микросхем этого семейства. Далее в игру включились такие столпы, как Texas Instruments, Atmel (в 2016 году была поглощена Microchip), STMicroelectronics. Микроконтроллеры этих производи- телей заняли свои ниши. 16-разрядные микроконтроллеры Texas Instruments (линейка MSP) были и остаются ори- ентированы в основном на низко и сверхнизко потребляющие приложе- ния и нашли применения в огром- ном количестве различных датчи- ков с автономным питанием, изделия Atmel завоевали популярность низкой ценой и используются в аппаратуре общего назначения. Начиная с 2010-х рынок микрокон- троллеров постепенно стали захва- тывать 32-разрядные устройства ком- пании STMicroelectronics – STM32. Это связано в основном с сочетани- ем трёх факторов: наличием очень развитого функционала периферий- ных устройств в составе МК, высокой тактовой частоты (свыше 100 МГц) и наличием большого количества библиотек и компиляторов для этого семейства МК, что существенно сни- жает затраты и время для разработки прикладного ПО. Особую популярность МК линейки STM32 приобрели у разработчиков систем промышленной автоматики, устройств «умный дом», полётных контроллеров и автопилотов БПЛА, медицинской техники. О МК ряда STM32 в основном и пойдёт речь в этих статьях. Классификация микроконтроллеров В микроконтроллерах традиционно используются две архитектуры: Гар- вардская и Фон-Неймана. Гарвардская архитектура использу- ет раздельные адресные пространства команд и данных, а также раздельные шины доступа к ним. В Гарвардской архитектуре МК может читать следу- ющую инструкцию, пока выполняется текущая, что существенно повышает производительность вычислений. Эта архитектура идеально подходит для приложений, требующих высокой ско- рости обработки данных, и применя- ется в МК реального времени. К недо- статкам данной архитектуры следует отнести недостаточно гибкое исполь- зование памяти, поскольку размер памяти для кода и данных фиксиро- ван. Функциональная схема Гарвард- ской архитектуры показана на рис. 1. Архитектура Фон-Неймана характе- ризуется общим адресным простран- ством для команд и данных и исполь- зует общую шину доступа к ним. Это повышает гибкость в использовании памяти, поскольку её можно динами- чески перераспределять между кодом и данными, но одновременно снижа- ется производительность вычислений. Функциональная схема архитектуры Фон-Неймана показана на рис. 2. Современные МК используют моди- фицированные варианты этих архи- тектур, сочетая преимущества обоих. Наиболее распространённая класси- фикация современных микроконтрол- леров показана на рис. 3. Разрядность МК – это количество бит, которое параллельно может пере- давать шина данных. В микрокон- троллерах Гарвардской архитекту- ры используются 3 типа шин: шина данных, шина команд и шина управ- ления. Они могут иметь разную раз- рядность, но не менее 8. Разрядность шины данных определяет производи- тельность МК. С точки зрения системы команд и способов адресации операндов про- цессорное ядро современных микро- контроллеров реализует один из трёх принципов построения процессоров [1]. CISC-процессоры (Complex Instruction Set Computer) выполняют большой набор команд с развитыми возможно- стями адресации, что даёт разработ- чику возможность выбрать наиболее подходящую команду для выполнения необходимой операции. В примене- нии к 8-разрядным микроконтролле- рам процессор с CISC-архитектурой может иметь однобайтовый, двухбай- товый и трёхбайтовый (редко четы- рёхбайтовый) формат команд. Время выполнения команды может состав- лять от 1 до 12 циклов. К МК с CISC- архитектурой относятся МК фирмы Intel с ядром MCS-51, которые в насто- ящее время поддерживаются целым рядом производителей, например, МК семейств AT89Cx051, AT89S(Atmel) и ряда других. В процессорах с RISC-архитектурой (Reduced Instruction Set Computer) набор исполняемых команд сокращён до минимума. Для реализации более сложных операций команды комбини- руются. При этом все команды имеют формат фиксированной длины (напри- мер, 14 или 16 бит), выборка команды из памяти и её выполнение осущест- вляются за один такт синхронизации. Система команд RISC-процессора пред- полагает возможность равноправного использования всех регистров процес- сора. Это обеспечивает дополнитель- ную гибкость при выполнении ряда операций. К МК с RISC-процессором относятся МК AVR фирмы Atmel, МК PIC16...PIC18 фирмы Microchip, MSP430 (Texas Instrument). ARM-ядро (Advanced RISC Machine – усовершенствованная RISC-машина) – семейство лицензируемых 32-битных и 64-битных микропроцессорных ядер,