内含CalmRISC的８位单片机S3CK215及其应用

１ 概述

Ｓ３ＣＫ２１５是韩国三星公司生产的一种高性能微控制器，它采用三星公司新开发的８－ｂｉｔ ＣＰＵ╟╟ＣａｌｍＲＩＳＣ作为核心。该芯片不仅包括有ＲＯＭ、ＲＡＭ、定时器、Ｉ／Ｏ接口以及中断控制单元等模块，还整合了ＬＣＤ控制驱动器、放大器以及Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换器等非常有用的功能单元（比如ＬＣＤ控制驱动器可以直接驱动高达１２０个点的ＬＣＤ显示屏）。由于这些单元拓展了该单片机的功能，因此，使用该单片机设计电路时，只需附加简单的外部电路就可以构成一个完整的单片机系统，而且功耗低、体积小、系统可靠性高。此外，三星公司还为Ｓ３ＣＫ２１５的应用提供了一套有效的开发工具和在线仿真器，从而方便了设计者基于Ｓ３ＣＫ２１５的软硬件设计。

本文介绍了使用Ｓ３ＣＫ２１５设计的校音器电路。该校音器在采集到乐器所产生的声音信号后，可计算出声音频率，同时显示其与理想频率的偏差，然后以此作为乐器调整的依据，使之发出标准声音。

２　Ｓ３ＣＫ２１５介绍

图１是Ｓ３ＣＫ２１５的内部结构模块图。从图１可以看出，该单片机具有以下特点：

●使用ＣａｌｍＲＩＳＣ作为中央处理单元；

●内含八位乘法器；

●具有深度达１６级的硬件堆栈，每级宽度为１６－ｂｉｔ；

●带有ＬＣＤ驱动控制器；

●具有１０－ｂｉｔ Ａ／Ｄ转换器和９－ｂｉｔ Ｄ／Ａ转换器；

●内含两个运算放大器。

２．１ ＣａｌｍＲＩＳＣ处理器

ＣａｌｍＲＩＳＣ是三星公司新开发的一种８－ｂｉｔ低功耗ＲＩＳＣ微处理器，它满足哈佛体系结构，具有独立的程序存储器和数据存储器，其指令和数据可以通过各自的路径同时进行访问。

ＣａｌｍＲＩＳＣ的内部结构包括一个８－ｂｉｔ ＡＬＵ、１６个通用寄存器、１１个专用寄存器、１６级硬件堆栈以及程序存储器地址生成单元以及数据存储器地址生成单元等。其中１６个通用寄存器分为四组（Ｂａｎｋ ０－Ｂａｎｋ ３）,每组包括四个８－ｂｉｔ寄存器（Ｒ０, Ｒ１, Ｒ２, Ｒ３）。而专用寄存器包括状态寄存器、链接寄存器以及数据存储器索引寄存器。ＣａｌｍＲＩＳＣ中的１６级硬件堆栈除了可以作为数据暂存空间外，还可以用来进行低功耗堆栈操作。

ＣａｌｍＲＩＳＣ具有三级流水线。图２所示是Ｃａｌｍ-ＲＩＳＣ处理器的三级流水线示意图。对ＣａｌｍＲＩＳＣ的操作可采用寄存器－存储器指令集方式。操作时首先取指令（ＩＦ）并将程序计数器（ＰＣ）指向指令地址，接着将指令放入指令寄存器（ＩＲ），然后进行指令译码和数据存储器读取（ＩＤ／ＭＥＭ），同时执行指令和回写（ＥＸＥ／ＷＢ），最后由ＡＬＵ来执行指令并将指令执行结果写入目标寄存器。

ＣａｌｍＲＩＳＣ采用流水线工作的示意图如图３所示。图中，前一指令获取完毕后马上可以进行下一指令的取指操作，而不必等到前一指令执行完毕。实际上，大多数ＣａｌｍＲＩＳＣ指令都是单字节指令，取指操作只需一个时钟周期即可完成；但是 “ＣＡＬＬ”和“ＪＰ”等跳转指令是双字节指令，它们的取指操作需要两个时钟周期。

２．２ ８位乘法器

Ｓ３ＣＫ２１５整合了一个８－ｂｉｔ乘法器，通过设置乘法器控制寄存器（ＭＵＬＣＯＮ）可支持８－ｂｉｔ符号数或无符号数的乘法运算，而且只需两个时钟周期即可输出运算结果。它的组成包括操作数寄存器（ＭＸＩＮＰＭＹＩＮＰ）、结果寄存器（ＭＲＨＭＲＬ）和８－ｂｉｔ乘法运算器。调用乘法器实现乘法的程序段如下：

ＬＤ Ｒ０,＃０１Ｈ

ＬＤ ＭＵＬＣＯＮ,ＲＯ ; Ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ＬＤ Ｒ０,＃３２Ｈ

ＬＤ Ｒ１,＃０ＣＥＨ

ＬＤ ＭＸＩＮＰ,Ｒ０

ＬＤ ＭＹＩＮＰ,Ｒ１ ;Ｍｕｌｔｉｐｌｙ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｆｔｅｒ ｌｏａｄｉｎｇ ＭＸＩＮＰＭＹＩＮＰ

ＮＯＰ

ＮＯＰ

ＬＤ Ｒ２,ＭＲＨ ;Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ａｆｔｅｒ ２ ｃｙｃｌｅｓ

ＬＤ Ｒ３,ＭＲＬ ;ＭＲＨ／ＭＲＬ＝２８Ｈ／３ＣＨ