Тенденции развития MCS-51/151/251

Основными направлениями развития этого семейства является улучшение электрических характеристик контроллера, увеличение объема резидентной памяти программ и данных, использование новых принципов организации архитектуры, расширение состава периферийных устройств, использование современных средств внутрисхемной диагностики и программирования.

Технические характеристики изменяются в следующих направлениях:

1. Переход от HMOS технологии и CHMOS к полностью статической технологии, снижение напряжения питания до 1.8 В.

2. Увеличение мощности выходных буферов до 24 мА.

3. Увеличение тактовой частоты до 24‑33 МГц (фирма Siemens до 40 МГц).

4. Объем резидентной памяти программ увеличен до (32‑64) Кбайт, а памяти данных ‑ до 256-1024 байт (в некоторых модификациях – до 2 Кбайт).

5. Объем линейного адресного пространства (внешнего) увеличился до 16 МБ (MCS-251).

6. Одним из недостатков 8051 является неоптимальная диаграмма выборки, дешифрирования и выполнения команд, что связано, с частичным использованием гарвардской идеологии. Дальнейшее развитие архитектуры связано с реализацией полного гарвардского принципа (раздельные магистрали для памяти команд и данных), использованием конвейерной обработки, увеличением области стека, расширением набора команд (обработка 16+ и +32 – разрядных данных, новые способы адресации и т.д.) при сохранении программной совместимости с младшими моделями семейства.

7. Последние разработки MCS-51 выполняются как правило, на базе флэш-памяти и использовании дополнительного ЭППЗУ для хранения данных.

8. Состав периферийных устройств определяется проблемной ориентацией ОМК и может включать: многоканальный АЦП 8 или 10-разрядный, схемы анализа и формирования временных событий, расширенное количество последовательных портов различного назначения (SPI, I²C, CAN, USB, JTAG), сторожевой таймер, широтно-импульсные модуляторы ШИМ и так далее.

9. Расширенно количество параллельных восьмиразрядных портов (до 6) и внутренних прерываний, увеличенно число внешних и внутренних прерываний.

Наряду с этим выпускаются ОМК с ограниченным составом периферии, но размещенных в малогабаритных корпусах с 14, 20, 24 внешними выводами.

В базовой модели 8051 программирование осуществляется за счет внешнего программатора. Последние разработки включают резидентные средства программирования и отладки на базе последовательных портов и интерфейса JTAG.

Наиболее широко распространенными клонами MCS-51 являются: семейство AT89xxxxxx фирмы Atmel, 89Cxxx, 8xC5xx фирмы Philips, DS500x, DS80xxxx, DS87xxxx фирмы Dallas Semiconductor.

Развитие 8051 в рамках фирмы Intel получило в семействах MCS-151/251. Базовый ОМК 8051 фирмой Intel в настоящее время не выпускается. В основу MCS-251 положена система команд базового ОМК 8051 и его традиционная периферия: три таймера-счетчика, последовательный порт, блок схемы формирования и анализа временных событий (PCA) с 16-разрядным счетчиком и пятью модулями схемы сравнения-захвата, сторожевой таймер.

Увеличение производительности достигается за счет введения регистровой архитектуры, допускающей обращение к регистрам как к байтам, словам, двойным словам, увеличения адресного пространства, страничного режима, адресации для обращения к внешней памяти команд, механизма конвейеризации, сжатие циклов обмена по магистрали (до 2 тактов для самой быстрой команды), расширенного набора команд, включающего 16-битовые арифметические и логические команды, 16-битовое умножение и деление.

80251 поддерживает работу в 2-х режимах Binary Mode, являющийся копией команд 8051, и Source Mode, содержащий расширенный набор команд. В режиме Binary Mode возможен переход к расширенному набору команд с помощью специальной инструкции (0A5h). Однако, длина каждой расширенной инструкции увеличивается на 1 байт.

Первый режим не требует перекомпиляции программ, написанных на 8051, а для второго, эта процедура – необходима. Задание режима выполняется на стадии конфигурации, путем «пережигания» конфигурационного байта.

Для пользователей, ориентированных на применение MCS-251 в качестве механической замены MCS-51 выпускаются ОМК с запрограммированными битами конфигурации в состоянии Binary Mode. Такие ОМК получили индекс MCS-151.