MSP430

MSP430.

MSP430 — семейство 16-разрядных микроконтроллеров фирмы «Texas Instruments».

История создания и особенные характеристики

Первый контроллер с аббревиатурой MSP430 появился в 1999 году. При разработке контроллера инженеры «TI» постарались создать контроллер с базисом, наследующим легендарную архитектуру процессора 70-х—80-х годов PDP-11, и им это удалось. В результате появился RISC-контроллер с системой команд, близкой к PDP-11.

Ядро MSP430 16-битное; систему команд постарались сделать максимально ортогональной с разнообразными способами адресации. Ортогональность системы команд означает, что в качестве операндов в любой команде можно использовать не только регистры общего назначения, но и ячейки основного ОЗУ и константы.

В момент рождения семейства основной упор был сделан на снижение энергопотребления. Однако с тех пор экономия энергии стала идеей-фикс электронной техники и MSP430 активно теснят на этом пьедестале другие производители со своими архитектурами.

Ключевым отличием и «визитной карточкой» семейства MSP430 является возможность тактировать любой модуль периферии асинхронно от ядра. В подавляющем большинстве однокристальных микроконтроллеров периферия синхронна с ядром (за исключением таймера часов реального времени). Такая особенность позволяет гибко управлять скоростью (а значит и потреблением) каждого модуля.

Система команд MSP430

MSP430 имеет фоннеймановскую архитектуру, с единым адресным пространством для команд и данных. Память может адресоваться как побайтово, так и пословно. Порядок хранения 16-разрядных слов — от младшего к старшему (англ. little-endian).

Процессор содержит 16 16-разрядных ортогональных регистров. Регистр R0 используется как программный указатель (англ. Program Counter - PC), регистр R1 как указатель стека (англ. Stack Pointer - SP), регистр R2 как регистр статуса (англ. Status Register - SR), а R3 как специальный регистр именуемый генератор констант (англ. Constant Generator - CG), R2 также может использоваться в качестве генератора констант. Генератор констант используется для сокращения общей длины команды вследствие неявного представления константы в коде операции. Регистры с R4 по R15 используются как регистры общего назначения.

Набор инструкций очень простой и представлен 27 инструкциями, 24 эмулированными инструкциями. Инструкции имеют как 8-битную (байт), так и 16-битную (слово) форму обработки операндов. Бит B/W управляет этим признаком.

MSP430 система команд

15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0	Команда
0	0	0	1	0	0	opcode			B/W	As		register				Однооперандные команды
0	0	0	1	0	0	0	0	0	B/W	As		register				RRC Вращение вправо через перенос
0	0	0	1	0	0	0	0	1	0	As		register				SWPB Обмен байтов
0	0	0	1	0	0	0	1	0	B/W	As		register				RRA Вращение вправо арифметическое
0	0	0	1	0	0	0	1	1	0	As		register				SXT Расширение знака байта до слова
0	0	0	1	0	0	1	0	0	B/W	As		register				PUSH Опустить операнд в стек
0	0	0	1	0	0	1	0	1	0	As		register				CALL Вызов подпрограммы; сохранить PC в стеке и загрузить PC новым значением
0	0	0	1	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	RETI Возврат из прерывания; Извлечь SR и PC из стека
0	0	1	условие			10-бит знаковое смещение										Условный переход; PC = PC + 2×offset
0	0	1	0	0	0	10-бит знаковое смещение										JNE/JNZ Переход если не_равно/не_ноль
0	0	1	0	0	1	10-бит знаковое смещение										JEQ/JZ Переход если равно/ноль
0	0	1	0	1	0	10-бит знаковое смещение										JNC/JLO Переход если не_перенос/меньший
0	0	1	0	1	1	10-бит знаковое смещение										JC/JHS Переход если перенос/больший
0	0	1	1	0	0	10-бит знаковое смещение										JN Переход если отрицательный
0	0	1	1	0	1	10-бит знаковое смещение										JGE Переход если больше_или_равно
0	0	1	1	1	0	10-бит знаковое смещение										JL Переход если больше
0	0	1	1	1	1	10-бит знаковое смещение										JMP Переход (непосредственный)
opcode				source				Ad	B/W	As		destination				Двух операндная арифметика
0	1	0	0	source				Ad	B/W	As		destination				MOV Переслать источник в приемник
0	1	0	1	source				Ad	B/W	As		destination				ADD Прибавить источник к приемнику
0	1	1	0	source				Ad	B/W	As		destination				ADDC Прибавить источник_и_перенос к приемнику
0	1	1	1	source				Ad	B/W	As		destination				SUBC Вычесть источник из приемника (с переносом)
1	0	0	0	source				Ad	B/W	As		destination				SUB Вычесть источник из приемник
1	0	0	1	source				Ad	B/W	As		destination				CMP Сравнить (операцией вычитания) источник с приемником
1	0	1	0	source				Ad	B/W	As		destination				DADD Decimal Десятичное сложение источника и приемника (с переносом)
1	0	1	1	source				Ad	B/W	As		destination				BIT Проверка битов (операцией AND) источника и приемника
1	1	0	0	source				Ad	B/W	As		destination				BIC Битовая очистка (dest &= ~src)
1	1	0	1	source				Ad	B/W	As		destination				BIS Битовая установка (logical OR)
1	1	1	0	source				Ad	B/W	As		destination				XOR Исключающее или источника с приемником
1	1	1	1	source				Ad	B/W	As		destination				AND Логический AND источника с приемником (dest &= src)

Все инструкции 16-битные. 4 способа адресации операнда, определены в 2 битах как As поле.

Поле As— Регистровый, индексный, косвенный-регистровый, косвенно-регистровый с пост декрементом. Поле Ad определяет два способа адресации — регистровый и индексный.

MSP430 Режим адресации

As	Регистр	Синтаксис	Описание
00	n	Rn	Регистровый. Операнд содержимое одного из регистров из Rn.
01	n	x(Rn)	Индексный. Операнд находится в памяти по адресу Rn+x. X-слово находится после текущей команды.
10	n	@Rn	Косвенный регистровый. Операнд находится в памяти по адресу, который содержится в регистре Rn.
11	n	@Rn+	Косвенный регистровый с автоинкрементом. В зависимости от значения разряда B/W значение регистра Rn увеличивается после выполнения операции на 1 или 2.
Режимы адресации при использовании R0 (PC)
01	0 (PC)	LABEL	Относительный(символьный). x(PC) Операнд в памяти по адресу PC+x.
11	0 (PC)	#x	Непосредственный. @PC+ Адрес операнда из х-слова находящегося после текущей команды.
Использование R2 (SR) и R3 (CG), специальный способ декодирования
01	2 (SR)	&LABEL	Абсолютный. Операнд в памяти по адресу взятому из x.
10	2 (SR)	#4	Константа 4.
11	2 (SR)	#8	Константа 8.
00	3 (CG)	#0	Константа 0.
01	3 (CG)	#1	Константа 1. при байтовых операциях.
10	3 (CG)	#2	Константа 2.
11	3 (CG)	#-1	Константа −1 или 0xFFFF.

Мнемоника эмулируемых команд

Другие команды, поддерживаемые ассемблером MSP430, образуются из основных и именуются эмулируемыми (способ получения — в скобках). Общее число поддерживаемых ассемблером эмулируемых команд — 24.

CLRZ - очистка флага Z регистра состояния процессора (PSW) ( BIC #2,SR )
CLRN - очистка флага N регистра состояния процессора (PSW) ( BIC #4,SR )
CLRC - очистка флага C регистра состояния процессора (PSW) ( BIC #1,SR )

SETZ - установка флага Z регистра состояния процессора (PSW) ( BIS #2,SR )
SETN - установка флага N регистра состояния процессора (PSW) ( BIS #4,SR )
SETC - установка флага C регистра состояния процессора (PSW) ( BIS #1,SR )

EINT - разрешение прерываний ( BIC #8,SR )
DINT - запрещение прерываний ( BIS #8,SR )

CLR dst - очистка операнда ( MOV #0,dst )
TST dst - проверка операнда на ноль ( CMP #0,dst )
INV dst - инвертирование битов операнда ( XOR #-1,dst )

ADC dst - прибавление переноса к операнду ( ADDC #0,dst )
DADC dst - десятичное сложение переноса с получателем ( DADD #0,dst )
SBC dst - вычитание переноса из операнда ( SUBC #0,dst)

INC dst - инкремент операнда ( ADD #1,dst )
DEC dst - декремент операнда ( SUB #1,dst )
INCD dst - увеличение на 2 операнда ( ADD #2,dst )
DECD dst - уменьшение на 2 операнда ( SUB #2,dst )

RLA dst - сдвиг влево операнда, флаг переноса заполняется из старшего бита, а младший  бит результата -0 ( ADD dst,dst )
RLC dst - сдвиг влево операнда с использование переноса ( ADDC dst,dst )

RET     - возврат из подпрограммы ( MOV @sp+,pc )

POP dst - извлечение операнд из стека ( MOV @sp+,dst )

BR dst  - переход в программе используя операнд ( MOV dst,pc)

NOP - нет операции ( MOV r3,r3 ) 
      имеются и другие возможные операции для формирования задержки выполнения программного кода 

Примечание: приведена форма записи команд без указания на тип операндов байт/слово.

Поддерживаемый формат команд ассемблером в мнемонике имеет указание на тип обрабатываемых данных.

• Официальная страница MSP430 на сайте Texas Instruments
• Форум по микроконтроллерам MSP430
• Семейство микроконтроллеров MSP430x1xx: руководство пользователя.
• Семейство микроконтроллеров MSP430x4xx: руководство пользователя.
• MSP430 примеры применения

Компиляторы и ассемблеры

• VisSim/ECD позволяет быстро создать прототип для контроля приложений управляется DSP от Texas Instruments. Для MSP430, VisSim нужно только 740 байт FLASH и 64 байт ЗУПВ для небольших закрытых модуляцией ширины импульса петля (PWM) системы.
• AQ430 Среда разработки для MSP430Fxxxx микроконтроллеров
• CrossWorks С-компилятор MSP430
• компилятор GCC для MSP430 (Свободный C-компилятор)
• HI-TECH C-компилятор для MSP430
• IAR С-компилятор для TI MSP430 фирмы IAR Systems
• C-компилятор фирмы ImageCraft
• ForthInc Forth-компилятор
• MPE Forth-компилятор
• naken430asm - ассемблер, дизассемблер, симулятор для 430 серии, Windows, MacOS, Linux
• energia - форк arduino IDE, позволяющие программировать в стиле arduino

Эмуляторы

• MSPSim — написанный на Java эмулятор MSP430

Полезные ссылки

• Русский форум разработчиков электронной аппаратуры
• MSP430 Руководство пользователя
• Texas Instruments Embedded Processors Wiki