一种内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构技术方案

本发明专利技术属于微控制器与实时操作系统技术领域，涉及一种内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，微处理器内包含寄存器组资源，寄存器组资源与映射寄存器组库之间通过寄存器互连总线连接，微处理器核与半硬件操作系统通过高速互联总线连接，映射寄存器组库、微处理器核和半硬件操作系统集成在一个芯片内构成内嵌完整硬件操作系统的微处理器，内嵌完整硬件操作系统的微处理器通过片内外设总线与片内功能模块控制器组连接构成内嵌微处理器核完整硬件操作系统的微控制器；应用该技术方案能够生产出高实时性、高灵活度、高适应性、高可靠性的微控制器，提高应用系统的集成度，满足不同应用领域的需求，进而提高系统的可靠性和稳定性。

A microcontroller architecture with embedded microprocessor core and complete hardware operating system

The invention belongs to the micro controller and the real-time operating system technology, microcontroller architecture relates to an embedded microprocessor and complete hardware operating system, microprocessor contained within the register set of resources, resources and mapping between registers registers base interconnect bus connection through registers, microprocessor and semi hardware operating system connected by high-speed interconnection bus. The mapping register base, the microprocessor and the semi hardware operating system in a single chip in the embedded operating system complete hardware microprocessor, microcontroller embedded microprocessor hardware complete operating system through the on-chip bus and on-chip modules connected embedded microprocessor controller complete hardware operating system; the application of this technology can the production of high real-time, high flexibility, high adaptability, high The reliability of the micro controller, improve the integration of application system, meet the needs of different application areas, thereby improving the reliability and stability of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构
：本专利技术属于微控制器与实时操作系统
，涉及一种内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，将硬件实时操作系统与微处理器集成到一个芯片内，构成一片内含处理器和操作系统的单片集成电路，有效地提高微控制器的实时性、灵活性和适应性。
技术介绍
：嵌入式系统由硬件和软件两部分组成，二者相互独立、相互依存，硬件是软件的载体，软件通过硬件发挥作用，其中，硬件主要包括嵌入式处理器和应用接口电路等；软件主要包括嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等。嵌入式系统在工业控制、消费电子、通信设备、汽车电子、医疗电子、机械电子、视频电子和数码电子等领域得到广泛的应用。据市场调查公司IDC预测：从2011年到2016年，全球智能系统设备的数量将从230亿台激增至460亿台，行业总体收入将从1.3万亿美元攀升至2.3万亿美元。2016年，智能系统设备的出货量将占所有出货电子系统设备的37.1％以上。根据评测，用中等性能的处理器运行纯软件操作系统来实现100Mbps带宽的TCP/IP应用，只有10％时间用于真正的TCP/IP协议处理，37％用于嵌入式实时操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，其特征在于：主体结构包括内嵌完整硬件操作系统的微处理器、映射寄存器组库、微处理器核、半硬件操作系统和片内功能模块控制器组；微处理器内包含寄存器组资源，寄存器组资源与映射寄存器组库之间通过寄存器互连总线连接，微处理器核与半硬件操作系统通过高速互联总线连接，映射寄存器组库、微处理器核和半硬件操作系统集成在一个芯片内构成内嵌完整硬件操作系统的微处理器，内嵌完整硬件操作系统的微处理器通过片内外设总线与片内功能模块控制器组连接构成内嵌微处理器核完整硬件操作系统的微控制器。

【技术特征摘要】
1.一种内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，其特征在于：主体结构包括内嵌完整硬件操作系统的微处理器、映射寄存器组库、微处理器核、半硬件操作系统和片内功能模块控制器组；微处理器内包含寄存器组资源，寄存器组资源与映射寄存器组库之间通过寄存器互连总线连接，微处理器核与半硬件操作系统通过高速互联总线连接，映射寄存器组库、微处理器核和半硬件操作系统集成在一个芯片内构成内嵌完整硬件操作系统的微处理器，内嵌完整硬件操作系统的微处理器通过片内外设总线与片内功能模块控制器组连接构成内嵌微处理器核完整硬件操作系统的微控制器。2.根据权利要求1所述内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，其特征在于：所述映射寄存器组库包含K个映射寄存器组，K值根据实际需要确定；寄存器组资源和映射寄存器组库中的每个映射寄存器通过多路选择器和寄存器互连总线相对应互连，实现在微处理器内部扩展多组寄存器组的方案，即在不改变现有微处理器的内部寄存器组资源RBank[SPR,PSWR,R0～Rn]的基础上，为微处理器内部的寄存器组资源外扩K组映射寄存器组，每组映射寄存器组包括1个堆栈指针寄存器、1个程序状态字寄存器和1组(n+1个)通用寄存器，记为RBankk[SPRk,PSWRk,Rk0～Rkn]或简记为RBankk，微处理器中添加设计一条RBank切换指令，控制多路选择器的切换操作，当第k个就绪任务需要切换为当前任务运行时，微处理器中运行一条RBank切换指令，实现寄存器组资源与映射寄存器组之间的互连与切换。3.根据权利要求2所述内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，其特征在于：所述RBank切换指令的指令格式为：<opcode>des,src；其中，opcode为操作码，可以参考数据传输MOV操作设计；des为目的操作数，即MUX切换命令寄存器的地址，使用直接寻址、寄存器间接寻址；src为源操作数，即任务识别码TskID，使用寄存器寻址、立即寻址；RBank切换指令将源操作数传送到任务切换命令寄存器(TskIDR)，实现任务切换。4.根据权利要求3所述内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，其特征在于：所述映射寄存器组库与微处理器内部的寄存器组资源之间在任务切换时，微处理器使用任务识别码TskID选择就绪任务切换所使用的映射寄存器，微处理器核将任务识别码TskID写入任务切换命令寄存器，微处理器内部的寄存器组资源与映射寄存器的映射方法与关系为：使用多路选择器将现有微处理器的内部寄存器组资源RBank[SPR,PSWR,R0～Rn]连接到外扩的映射寄存器RBankk[SPRk,PSWRk,Rk0～Rkn]上，其中SPR连接到SPRk，PSWR连接到PSWRk，R0连接到Rk0，……，Rn连接到Rkn，k∈[1,K]。5.根据权利要求4所述内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，其特征在于：内嵌完整硬件操作系统的微处理器还包括由任务切换命令寄存器和多路选择器组成的总线切换控制模块；寄存器组资源、总线切换控制模块、映射寄存器组库组成硬件“任务切换器”；微处理器核和总线切换控制模块之间、总线切换控制模块和映射寄存器组库之间分别通过寄存器互连总线连接。6.根据权利要求5所述内嵌微处理器核和完整硬件操作系统的微控制器架构，其特征在于：所述的任务切换过程为：使用映射寄存器组库实现保存与恢复寄存器组资源，当半硬件操作系统生成最高优先级为HPrio的任务后，在进行任务切换时，首先使用任务切换命令寄存器的当前值，建立正在运行任务所使用的映射寄存器组与寄存器组资源的互连，并同步保存寄存器组资源的数据到正在运行任务所使用的映射寄存器中；然后采用如下两种方式之一实现任务现场恢复：第一种方式是通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正彦，范延滨，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37