飞思卡尔基于HCS12嵌入式开发Chapter2&Chapter4

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第2章章 Freescale HCS12和HCS12X和系列单片机简介HCS12系列单片机概述系列单片机概述 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述 MC9S12DG128简介简介 MC9S12DG128的运行模式的运行模式 MC9S12DG128的存储器映射的存储器映射

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前言目前世界上的单片机或者微控制器的种类繁单片机供应商也有很多，例如Freescale、多，单片机供应商也有很多，例如、 ATMEL、NXP、ST、Microchip、Infineon、TI、、、、、、、 NEC等，其中等其中Freescale(飞思卡尔)公司的位、 (飞思卡尔)公司的8位 16位和位单片机性能稳定、品种齐全，针对不位和32位单片机性能稳定位和位单片机性能稳定、品种齐全，同的应用领域可以选择不同性能、型号的单片机。同的应用领域可以选择不同性能、型号的单片机。本章着重介绍Freescale公司的公司的HCS12系列本章着重介绍公司的系列 16位单片机的概况，并和位单片机的概况，系列16位双核位单片机的概况并和HCS12X系列位双核系列单片机进行简单比较，最后给出HCS12系列单片单片机进行简单比较，最后给出系列单片机最小系统中各部分的设计方案。机最小系统中各部分的设计方案。的嵌入式系统设计》《基于HCS12的嵌入式系统设计》基于的嵌入式系统设计

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2.1 HCS12系列单片机概述系列单片机概述2.1.1 HCS12系列单片机的命名规则系列单片机的命名规则

表示质量认定状态。表示完全合格产品，表示初始产品表示初始产品，表示预测试产品表示预测试产品。①表示质量认定状态。MC表示完全合格产品，XC表示初始产品，PC表示预测试产品。表示完全合格产品表示存储器类型。无表示片内带ROM或者片内没有程序存储器，7表示片内带或者片内没有程序存储器，表示片内带表示片内带EPROM②表示存储器类型。无表示片内带或者片内没有程序存储器或一次可编程ROM(OTP ROM),表示片内带 ),8表示片内带表示片内带Flash存储器。存储器。或一次可编程 ( ),表示片内带EEPROM,9表示片内带，表示片内带存储器表示内核类型。表示16位单片机表示8位单片机③表示内核类型。S12表示位单片机，S08表示位单片机。表示位单片机，表示位单片机。表示系列。表示为系列产品。表示为D系列产品④表示系列。DG表示为系列产品。表示存储空间大小及版本。表示128 KB的Flash存储空间，B为Flash版本。存储空间，为版本。⑤表示存储空间大小及版本。128表示表示的存储空间版本表示工作温度范围。无表示工作温度范围是0℃表示工作

温度范围是 ⑥表示工作温度范围。无表示工作温度范围是℃~70℃,C表示工作温度范围是40℃~℃表示工作温度范围是℃ 85℃,V表示工作温度范围是40℃~105℃,M表示工作温度范围是40℃~125℃。表示工作温度范围是 表示工作温度范围是 ℃表示工作温度范围是℃℃表示工作温度范围是℃℃⑦表示封装形式。FU表示引脚QFP封装，PV表示表示封装形式。表示80引脚封装，表示112引脚引脚LQFP封装。封装。表示引脚封装表示引脚封装表示无铅标志。表示芯片生产过程无铅表示芯片生产过程无铅。⑧表示无铅标志。E表示芯片生产过程无铅。的嵌入式系统设计》《基于HCS12的嵌入式系统设计》基于的嵌入式系统设计

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2.1 HCS12系列单片机概述系列单片机概述2.1.2 HCS12系列单片机简介系列单片机简介

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2.1 HCS12系列单片机概述系列单片机概述2.1.2 HCS12系列单片机简介系列单片机简介

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2.1 HCS12系列单片机概述系列单片机概述2.1.2 HCS12系列单片机简介系列单片机简介

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2.1 HCS12系列单片机概述系列单片机概述2.1.2 HCS12系列单片机简介系列单片机简介

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.1 HCS12X系列单片机主要特点系列单片机主要特点 Freescale公司于公司于2005年推出年推出HCS12X系列单片机(也称为系列单片机( ),该系公司于年推出系列单片机也称为MCU),该系 ),列是HCS12系列的增强型产品，基于系列的增强型产品，内核，列是系列的增强型产品基于S12 CPU内核，可以达到 MHz的内核可以达到25的 HCS12的2~5倍的性能。S12X系列增加了倍的性能。系列增加了172条指令，可以执行位运算，条指令，位运算，的~倍的性能系列增加了条指令可以执行32位运算总线频率最高可达40总线频率最高可达 MHz,并且改进了中断处理能力。,并且改进了中断处理能力。 S12X系列单片机采用复杂指令集计算机(CISC)架构，集成了中断控制系列单片机采用复杂指令集计算机(系列单片机采用复杂指令集计算机 )架构，具有丰富的寻址方式。中断有7个优先级个优先级，器，具有丰富的寻址方式。中断有个优先级，并且内核支持优先级的的调最多可以有117个中断源。个中断源。度，最多可以有个中断源 S12X

系列单片机的最大特点是增加了一个并行处理的外围协处理器系列单片机的最大特点是增加了一个并行处理的外围协处理器 XGATE模块，它是一个独立于主处理器(S12XD)的可编程模块，内核。模块它是一个独立于主处理器( )的可编程RISC内核。 XGATE可作为一个高效的可作为一个高效的DMA控制器使用，能够自主地实现外设与控制器使用，能够自主地实现外设与RAM之可作为一个高效的间的高速数据传输，并在数据传送过程中灵活进行数据处理；间的高速数据传输，并在数据传送过程中灵活进行数据处理；XGATE也可作也可作为一个单独的算法单元完成运算功能，如通信协议的实现；为一个单独的算法单元完成运算功能，如通信协议的实现；XGATE还可作为虚拟外设使用，如使用通用I/O口模拟串行通信口功能口模拟串行通信口功能，为虚拟外设使用，如使用通用口模拟串行通信口功能，或对简单的外设通过软件包装实现功能强大的个性化外设功能等。集成XGATE的目的就是在日过软件包装实现功能强大的个性化外设功能等。集成的目的就是在日益复杂的嵌入式系统中，减轻S12XD主处理器的负担，以增强系统的数据吞主处理器的负担，益复杂的嵌入式系统中，减轻主处理器的负担吐能力和应用功能设计的灵活性。吐能力和应用功能设计的灵活性。

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述S12X系列单片机与系列单片机与S12系列单片机的主要区别系列单片机与系列单片机的主要区别

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.2 XGATE协处理器与主处理器的关系协处理器与主处理器的关系系列中，在S12X系列中，中断控制器硬件产生的中断可以选择由系列中中断控制器硬件产生的中断可以选择由XGATE或者S12XD主处理器来处理。XGATE对于任何中断的处理都会减轻主处理器来处理。或者主处理器来处理对于任何中断的处理都会减轻主处理器的中断负荷，并且完全有能力响应整个中断。主处理器的中断负荷，并且XGATE完全有能力响应整个中断。

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.3 XGATE的基本特性的基本特性

XGATE协处理器结构的嵌入式系统设计》《基于HCS12的嵌入式系统设计》基于的嵌入式系统设计

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.3 XGATE的基本特性的基本特性(1)精简指令

集内核 XGATE是一个位的精简指令集内是一个16位的精简指令集内内核拥有8个位通用寄存器位通用寄存器R0~核。内核拥有个16位通用寄存器~ R7,1个程序计数器，1个4位的条件个程序计数器PC,个位的条件，个程序计数器码寄存器CCR。其中恒为，可用于对恒为0,码寄存器。其中R0恒为变量的快速清零或置位。和有额外变量的快速清零或置位。R1和R7有额外用途：响应中断时，用途：XGATE响应中断时，硬件将中断向量表中对应通道的1位字装载到R1向量表中对应通道的个16位字装载到位字装载到通常用做数据指针), ),将栈指针装载到 (通常用做数据指针),将栈指针装载到 R7,如图所示。,如图所示。

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.3 XGATE的基本特性的基本特性(2)XGATE指令集 )指令集 XGATE共有条独立的指令，指令时钟最高可达共有72条独立的指令指令时钟最高可达100共有条独立的指令， MHz。XGATE的时钟速度总是主处理器总线速度的倍。的时钟速度总是主处理器总线速度的2倍。 XGATE的大部分指令是对通用寄存器的操作，为单周期指令。的大部分指令是对通用寄存器的操作，为单周期指令。访问存储器的指令为双周期指令。访问存储器的指令为双周期指令。跳转指令视条件而定可能个周期指令。为1或2个周期指令。XGATE有一些特殊的比特提取及插入或个周期指令的单周期指令，特别适用于串行通信协议使用。的单周期指令，特别适用于串行通信协议使用。

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.3 XGATE的基本特性的基本特性(3)XGATE访问空间 )访问空间 S12X的全局存储空间共有 MB,的全局存储空间共有8的全局存储空间共有， XGATE可以访问其中片内的 KB空间。可以访问其中片内的64空间。可以访问其中片内的空间空间包括2这64 KB空间包括 KB的片上外设寄存空间包括的片上外设寄存的片上闪存和最大32器，30 KB的片上闪存和最大 KB的的片上闪存和最大片内RAM。注意片内。注意XGATE不能访问不能访问 EEPROM空间或片外资源。XGATE的空间或片外资源。的访问空间完全限制在主处理器内部访问空间范围内。空间范围内。地址仲裁的规则是主处理器的优先级总高于XGATE,如图所示。器的优先级总高于，如图所示。

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2.2 HCS12X系列单片机概述系

列单片机概述2.2.3 XGATE的基本特性的基本特性(4)XGATE事件驱动线程 )事件驱动线程 XGATE的代码执行是由事件驱动的，这里的事件就是指的代码执行是由事件驱动的，的代码执行是由事件驱动的中断。所谓事件驱动就是指由中断来触发XGATE运行。没有运行。中断。所谓事件驱动就是指由中断来触发运行不执行任何指令，从而也没有功耗。中断时，XGATE不执行任何指令，从而也没有功耗。可见中断时， XGATE的代码就是一组中断服务程序，没有主程序或空闲时的代码就是一组中断服务程序，的循环程序。的中断服务程序也称做线程。的循环程序。XGATE的中断服务程序也称做线程。

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.3 XGATE的基本特性的基本特性(5)互斥信号量 )主处理器与XGATE之间常用的通信方式是共享资源。之间常用的通信方式是共享资源。主处理器与由于这两个内核可以独立异步的访问内存及片上外设，由于这两个内核可以独立异步的访问内存及片上外设，就会产生数据完整性问题。为了保证共享数据的完整性，产生数据完整性问题。为了保证共享数据的完整性，XGATE集成了8个硬件互斥信号量( )。用户可以通过集成了个硬件互斥信号量(Semaphore)。用户可以通过 )。硬件信号量来同步两个内核对共享数据的访问。信号量有3种硬件信号量来同步两个内核对共享数据的访问。信号量有种状态：释放、主处理器锁定和XGATE锁定。每个内核在访问锁定。状态：释放、主处理器锁定和共享资源前，应当首先锁定相应的信号量；共享资源前，应当首先锁定相应的信号量；在访问结束后应当释放相应的信号量。当释放相应的信号量。

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.4典型典型S12X系列单片机简介系列单片机简介(1)MC9S12XA、MC9S12XB和MC9S12XD系列 )、和系列这三个系列的单片机是以低成本和低功耗为目的设计的，这三个系列的单片机是以低成本和低功耗为目的设计的，具有良好的电磁兼容性和高效的代码执行效率。系列主要包括MC9S12XA256和容性和高效的代码执行效率。MC9S12XA系列主要包括系列主要包括和 MC9S12XA512两种型号的单片机，其中两种型号的单片机，包含外部总线接口EBI,两种型号的单片机其中MC9S12XA512包含外部总线接口包含外部总线接口，模块映像控制MMC功能，中断控制器功能，模块映像控制功能中断控制器INT,用

于监控，用于监控HCS12X CPU和XGATE总线和总线活动的调试模块DBG和背景调试模式和背景调试模式BDM功能，具有个A/D模块，每个为通功能，模块，活动的调试模块和背景调试模式功能具有2个模块每个为12通位分辨率，个独立暂停期限的定时器PIT,暂停期限可以在~224总线道10位分辨率，具有个独立暂停期限的定时器位分辨率具有4个独立暂停期限的定时器，暂停期限可以在1~总线时钟周期之间选择，同时还有CRG模块，具有低噪声低功耗皮尔斯(Pierce)振模块，低功耗皮尔斯(时钟周期之间选择，同时还有模块具有低噪声/低功耗皮尔斯 )荡器、监视器、荡器、PLL、COP监视器、实时中断、时钟监控器等功能。、监视器实时中断、时钟监控器等功能。 MC9S12XB系列目前主要包括系列目前主要包括MC9S12XB128和MC9S12XB256两种型号的系列目前主要包括和两种型号的单片机。它们的总线频率均为33 MHz,该系列单片机与MC9S12XD系列单片机完单片机。它们的总线频率均为，该系列单片机与系列单片机完全兼容，相比于S12XD系列而言，S12XB系列单片机精简了一些功能，并通过降系列而言，系列单片机精简了一些功能，全兼容，相比于系列而言系列单片机精简了一些功能低总线速率来减少成本。低总线速率来减少成本。的嵌入式系统设计》《基于HCS12的嵌入式系统设计》基于的嵌入式系统设计

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.4典型典型S12X系列单片机简介系列单片机简介(2)MC9S12XE系列 )系列 MC9S12XE系列单片机与系列单片机与MC9S12XD系列单片机完全兼系列单片机与系列单片机完全兼容，同时提高了系统的集成功能。MC9S12XE系列单片机工同时提高了系统的集成功能。系列单片机工作频率为50作频率为 MHz,工作电压为~5.5 V,包括一个存储器，工作电压为3.3~, ),用于防止软件执行过程中的系统错误保护单元( ),用于防止软件执行过程中的系统错误。保护单元(MPU),用于防止软件执行过程中的系统错误。此外XGATE也得到了加强，频率可以达到也得到了加强，此外也得到了加强频率可以达到100 MHz,同时与，其他单片机上的XGATE模块也是兼容的。模块也是兼容的。其他单片机上的模块也是兼容的

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.4典型典型S12X系列单片机简介系列单片机简介(3)MC9S12XF系列 )系列 MC9S12XF系列单片机除了包括其他一些系列单片机除了包括其他一些S12X的共有系列单片机除了包括其他一些

的共有个符合FlexRay协议协议V2.1的FlexRay控制功能外，还具有1个符合协议的控制功能外，还具有个符合技术的引入使其网络性能得到大幅提升，器，FlexRay技术的引入使其网络性能得到大幅提升，技术的引入使其网络性能得到大幅提升 FlexRay网络可用于车身、底盘和安全等领域应用。该系列网络可用于车身、网络可用于车身底盘和安全等领域应用。目前主要包括MC9S12XFE128和MC9S12XFR128两种型号目前主要包括和两种型号的单片机，工作频率可以达到38的单片机，工作频率可以达到 MHz。。

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2.2 HCS12X系列单片机概述系列单片机概述2.2.4典型典型S12X系列单片机简介系列单片机简介(4)MC9S12XS系列 )系列 MC9S12XS系列单片机是高性能系列单片机是高性能MC9S12XE系列单片机系列单片机是高性能系列单片机的经济性、高效性产品的补充，的经济性、高效性产品的补充，带有一套为汽车车身和乘客舒适度应用而优化设计的改进型片上外围设备、舒适度应用而优化设计的改进型片上外围设备、存储器等模可应用于汽车座椅控制模块、空调控制模块、块，可应用于汽车座椅控制模块、空调控制模块、各种车身控制模块等的设计应用。控制模块等的设计应用。

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2.3 MC9S12DG128简介简介2.3.1 MC9S12DG128性能概述性能概述MC9S12DG128只是只是HCS12家族中的一个成员。该器件包括大量的家族中的一个成员。只是家族中的一个成员片上存储器和外部I/O。是一个16位器件片上存储器和外部。MC9S12DG128是一个位器件，由16位中央处理是一个位器件，位中央处理单元( )、128 KB Flash、8 KB RAM、2 KB EEPROM组成单元(HCS12 CPU)、 )、、、组成片内存储器。同时还包括2个异步串行通信接口个异步串行通信接口( )、2个串行外设接口片内存储器。同时还包括个异步串行通信接口(SCI)、个串行外设接口 )、通道输入捕捉/输出比较 (SPI)和一个通道输入捕捉输出比较(IC/OC)增强型捕捉定时器 )和一个8通道输入捕捉输出比较( ) )、2个通道通道10位转换器(通道PWM。 (ECT)、个8通道位A/D转换器(ADC)和一个通道 )、转换器 )和一个8通道。 MC9S12DG128还包括个独立的数字口(A、B、K和E),还包括29个独立的数字 ),20还包括个独立的数字I/O口、、和 ),个独立的数字I/O口具有中断和唤醒功能另外还具有2个口具有中断和唤醒功能。个独立的数字口具有中断和唤醒功能。另外

还具有个CAN 2.0A/B标准标准兼容模块(总线。兼容模块(MSCAN12)和一个 )和一个I2C总线。总线 MC9S12DG128具有内部位数据通道，外部总线可以按照位数据具有内部16位数据通道具有内部位数据通道，外部总线可以按照8位数据总线窄模式操作，所以可以和8位数据总线的存储器连接以降低成本。位数据总线的存储器连接，总线窄模式操作，所以可以和位数据总线的存储器连接，以降低成本。 PLL电路允许根据系统需求调整电源功耗及性能。电路允许根据系统需求调整电源功耗及性能。电路允许根据系统需求调整电源功耗及性能

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