專(zhuān)利名稱(chēng)：平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法，特別是有關(guān)一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法。
背景技術(shù)：
微控制器/微處理器(Microcontroller/Microprocessor，簡(jiǎn)稱(chēng)MCU/MPU)又稱(chēng)為單晶片電腦(Single chip Microcomputer)，是不需其他輔助電路而能獨(dú)立執(zhí)行運(yùn)算的裝置，主要是負(fù)責(zé)系統(tǒng)產(chǎn)品中控制功能的積體電路元件，一顆微控制器幾乎就是一臺(tái)微型的電腦，因?yàn)樗送暾娔X所提供的各種功能。
微控制器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，包括消費(fèi)性電子、工業(yè)控制、醫(yī)療儀器、車(chē)控等等，應(yīng)用在不同的領(lǐng)域所控制的周邊元件也有所不同，各周邊元件的交握協(xié)定(handshaking protocol)也有所不同，常見(jiàn)的交握協(xié)定有I2C protocol、通用異步收發(fā)協(xié)定(universal asynchronousreceiver/transmitters，UART protocol)等，微控制器必需在符合各種交握協(xié)定下與不同的周邊元件溝通。有些應(yīng)用上微控制器必需產(chǎn)生特定時(shí)序(specific timing)或固定時(shí)序(fix timing)來(lái)控制周邊元件或波形測(cè)量，例如產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)節(jié)(pulse width modulation，PWM)來(lái)控制馬達(dá)。所以微控制器必需能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的時(shí)序來(lái)控制周邊元件或用準(zhǔn)確的時(shí)序來(lái)測(cè)量輸入的信號(hào)。
一般微控制器利用軟件模擬(software emulation)或增加特定硬件線(xiàn)路來(lái)解決時(shí)序問(wèn)題，例如周邊元件與微控制器用I2C當(dāng)做交握協(xié)定，微控制器可用軟件來(lái)模擬I2C交握協(xié)定或是在微控制器內(nèi)部增加I2C交握協(xié)定的硬件電路。一般而言，用軟件模擬可以節(jié)省硬件成本，但是不容易精確的產(chǎn)生特定時(shí)序或固定時(shí)序來(lái)控制周邊元件；至于在微控制器內(nèi)部增加特定的硬件電路是可以精確的控制所需要的時(shí)序，但又因?yàn)樵黾恿擞布娐范匦柙黾映杀?，尤其是不同的周邊元件所需要的交握協(xié)定可能不同，微控制器常常必需增加更多交握協(xié)定的硬件電路，讓微控制器可以控制更多的周邊元件。
已知一種微控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，微控制器11透過(guò)程序存儲(chǔ)器總線(xiàn)(program memory bus)讀取程序存儲(chǔ)器(program memory)12，資料存儲(chǔ)器(data memory)13則是視系統(tǒng)的需求而增加，由于微控制器需要一直讀取程序存儲(chǔ)器，微控制器存取(access)資料存儲(chǔ)器則透過(guò)另一組資料存儲(chǔ)器總線(xiàn)，微控制器也常常需要搭配不同的周邊元件14去完成系統(tǒng)規(guī)格，透過(guò)不同的周邊元件控制總線(xiàn)對(duì)周邊元件進(jìn)行控制，從整個(gè)微控制器系統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)看，其缺點(diǎn)是當(dāng)中斷產(chǎn)生時(shí)，我們無(wú)法預(yù)測(cè)程序執(zhí)行的順序，也無(wú)法預(yù)測(cè)程序執(zhí)行時(shí)間，所以那些需用精確固定時(shí)序來(lái)控制的周邊元件，就無(wú)法用軟件來(lái)模擬以達(dá)到控制的效果，用來(lái)精準(zhǔn)的量測(cè)信號(hào)也不易達(dá)到。
另一已知的多重微控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示，多個(gè)微控制器單元25、26、27透過(guò)總線(xiàn)與共用的資料存儲(chǔ)器28與共用的周邊元件29形成所謂的多重微控制器，多重微控制器系統(tǒng)的微控制器單元數(shù)量端視系統(tǒng)的規(guī)格需求而改變。在這系統(tǒng)里，由于每一個(gè)微控制器單元都擁有自己的程序存儲(chǔ)器，所有的微控制器單元都可以獨(dú)立運(yùn)作，每個(gè)微控制器都可以有自己的時(shí)脈，缺點(diǎn)在于程序復(fù)雜無(wú)法共用程序存儲(chǔ)器而且整個(gè)系統(tǒng)成本相當(dāng)昂貴。
再者，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，存儲(chǔ)器可以支援更高的頻寬，于是引導(dǎo)出一種超純量/超執(zhí)行緒(super-scaler/hyper-thread)多重微控制器結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，多個(gè)微控制器31、32共用一個(gè)程序存儲(chǔ)器33并讓多個(gè)微控制器一起運(yùn)作，并在每個(gè)微控制器31、32與程序存儲(chǔ)器的間加入指令緩沖區(qū)(instruction buffer)，由于每個(gè)微控制器多了指令緩沖區(qū)，微控制器讀取程序存儲(chǔ)器機(jī)率變小了，當(dāng)然也減少被干擾的機(jī)率，執(zhí)行的程序比較能夠依照我們所需要來(lái)運(yùn)作；不過(guò)很顯然的，它只能降低發(fā)生的機(jī)率，但是無(wú)法確保不受干擾，而那些需固定時(shí)間來(lái)做固定時(shí)序的周邊元件，仍然無(wú)法用軟件來(lái)精確的控制，且其整個(gè)硬件成本相當(dāng)高。
有監(jiān)于此，本發(fā)明是針對(duì)上述的問(wèn)題，提出一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法，可以降低制造成本有效解決微控制器受干擾的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，是在提供一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法，其是利用數(shù)個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組來(lái)平行執(zhí)行多個(gè)程序，使得多個(gè)程序可以平行處理，避免微控制器程序執(zhí)行程序受干擾的問(wèn)題。
本發(fā)明的另一目的，是在提供一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法，其是利用多重微控制器控制邏輯控制數(shù)個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組執(zhí)行的順序，簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)并可降低整個(gè)系統(tǒng)制作成本。
本發(fā)明的再一目的，是在提供一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法，可使軟件以精確產(chǎn)生固定時(shí)序來(lái)控制周邊元件。
根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括至少二微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組，每一該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組可執(zhí)行至少一程序；一多重微控制器控制邏輯，其是連接該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組，可控制該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組于錯(cuò)開(kāi)的時(shí)序中執(zhí)行各自的程序；以及一微控制器運(yùn)算邏輯，其是連接該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組并提供輔助運(yùn)算。
其中該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組之一與該微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)微控制器。
其中設(shè)定該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組之一優(yōu)先處理中斷。
其中，該微控制器運(yùn)算邏輯包括一程序定序器及一算術(shù)邏輯單元，并由一總線(xiàn)與該程序定序器及該算術(shù)邏輯單元連接以傳送信號(hào)。
其中，每一該微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組包括一程序計(jì)數(shù)器及一算數(shù)旗標(biāo)，并由一總線(xiàn)連接該程序計(jì)數(shù)器及該算數(shù)旗標(biāo)以傳送信號(hào)。
其中，該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組經(jīng)過(guò)一交握協(xié)定傳送控制信號(hào)至周邊元件。
其中，該交握協(xié)定是選自I2C protocol、通用異步收發(fā)協(xié)定、SPI、輸入信號(hào)的脈沖寬度測(cè)量程序、計(jì)時(shí)器所組成群組的其中之一。
其中，還包括一程序存儲(chǔ)器，其是儲(chǔ)存數(shù)個(gè)程序并經(jīng)由程序存儲(chǔ)器總線(xiàn)與該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組連接。
其中，該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組是讀取該程序存儲(chǔ)器的程序執(zhí)行運(yùn)算。
其中，該程序是選自主程序、PWM波形產(chǎn)生程序、輸入信號(hào)的脈沖寬度測(cè)量程序、I2C交握協(xié)定程序、UART交握協(xié)定程序、SPI交握協(xié)定程序、Timer計(jì)時(shí)程序所組成群組的其中之一。
其中，還包括至少一資料存儲(chǔ)器，其是經(jīng)由資料存儲(chǔ)器總線(xiàn)與該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組連接。
根據(jù)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明一種多重微控制器的時(shí)序控制方法，該多重微控制器包括X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組，共用Y個(gè)程序存儲(chǔ)器，其中X≥2、Y≥1，且該多重微控制器接受一個(gè)頻率為1/T的時(shí)脈，其特征在于，該時(shí)序控制方法包括
令所述X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組各別在低于1/T的工作時(shí)脈頻率1/T1、1/T2…1/TX下工作，且1/T1、1/T2…1/TX為第X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組的工作時(shí)脈頻率，并令1/T1+1/T2+…+1/TX≤Y*1/T。
其中在X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組中，設(shè)定至少一個(gè)固定的微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組來(lái)優(yōu)先處理中斷。
其中該y個(gè)程序存儲(chǔ)器設(shè)置于多重微控制器的外部或內(nèi)部。
其中該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組各別與對(duì)應(yīng)的一個(gè)微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)完整的微控制器。
其中該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組動(dòng)態(tài)地與同一個(gè)微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)完整的微控制器。
其中以1/Tn(n＝1，2…X)表示1/T1，1/T2…1/TX，則當(dāng)n＝1，2…X-1時(shí)， 1/Tn＝(1/2n)*Y*(1/T)當(dāng)n＝X時(shí)， 1/Tn＝(1/2(X-1))*Y*(1/T)。
其中X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組平均共享時(shí)脈頻率資源，即1/T1＝1/T2＝…＝1/TX。
其中當(dāng)X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組中有x個(gè)未在工作狀態(tài)時(shí)，僅將時(shí)脈頻率資源分享給(X-x)個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組，而令1/T1+1/T2+…+1/TX-x≤y*1/T。
根據(jù)本發(fā)明的又一目的，本發(fā)明一種多重微控制器的中斷處理方法，該多重微控制器包括X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組，其特征在于，該方法包括在該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組中，設(shè)定至少一個(gè)固定的微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組來(lái)優(yōu)先處理中斷。
其中該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組各別與對(duì)應(yīng)的微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)完整的微控制器。
其中該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組動(dòng)態(tài)地與同一個(gè)微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)完整的微控制器。
底下由具體實(shí)施例配合附圖詳加說(shuō)明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效，其中圖1為已知一種微控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)施例。
圖2為另一已知的多重微控制器結(jié)構(gòu)實(shí)施例。
圖3為又一已知的多重微控制器結(jié)構(gòu)實(shí)施例。
圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖。
圖5為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)實(shí)施例方塊圖。
圖6為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)實(shí)施例方塊圖。
圖7為本發(fā)明于四個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組的時(shí)脈運(yùn)作圖實(shí)施例。
圖8為本發(fā)明的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是提供一種多重微控制器(Multiple MCU，MMCU)結(jié)構(gòu)，可使微控制器在執(zhí)行程序時(shí)不受干擾，亦可使軟件精確的產(chǎn)生與控制時(shí)序。
請(qǐng)參閱圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖，多重微控制器(MMCU)系統(tǒng)包含X個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)作的微控制器MCU_1、MCU_2、MCU_3、MCU_4(本實(shí)施例中以X＝4為例加以說(shuō)明)，MCU_1是用來(lái)執(zhí)行主程序、MCU_2用來(lái)產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)波形、MCU_3用來(lái)測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖寬度、MCU_4則是用來(lái)執(zhí)行I2C交握協(xié)定。
請(qǐng)參閱圖5為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)實(shí)施例方塊圖，當(dāng)有四個(gè)微控制器MCU_1、MCU_2、MCU_3、MCU_4時(shí)，相對(duì)的有四個(gè)相同的微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組(microcontroller program execution status module)51、52、53、54。微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51(程序計(jì)數(shù)器1、累加器1、算數(shù)旗標(biāo)1)就給MCU_1運(yùn)作時(shí)使用，微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組52(程序計(jì)數(shù)器2、累加器2、算數(shù)旗標(biāo)2)就給MCU_2運(yùn)作時(shí)使用，微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組53(程序計(jì)數(shù)器3、累加器3、算數(shù)旗標(biāo)3)就給MCU_3運(yùn)作時(shí)使用，微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組54(程序計(jì)數(shù)器4、累加器4、算數(shù)旗標(biāo)4)就給MCU_4運(yùn)作時(shí)使用，且多重微控制器控制邏輯55在不同時(shí)序選擇不同的微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組作運(yùn)算。
四個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51、52、53、54可各自執(zhí)行至少一程序，多重微控制器控制邏輯55連接微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51、52、53、54，并可使微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51、52、53、54于錯(cuò)開(kāi)的時(shí)序中執(zhí)行各自的程序，且有一微控制器運(yùn)算邏輯50連接微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51、52、53、54以提供輔助運(yùn)算；其中，微控制器運(yùn)算邏輯50包括程序定序器514與算數(shù)邏輯單元515，兩者由連接總線(xiàn)以傳送信號(hào)；另外，微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51、52、53、54亦各自有一程序計(jì)數(shù)器、一累加器及一算數(shù)旗標(biāo)。
在以上結(jié)構(gòu)中，微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51、52、53、54以動(dòng)態(tài)的方式共享微控制器運(yùn)算邏輯50。當(dāng)其中一個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51、52、53、54和微控制器運(yùn)算邏輯50搭配工作時(shí)，便構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)的完整傳統(tǒng)微控制器。
再參閱圖6為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)實(shí)施例方塊圖，包括一微控制器60可執(zhí)行至少一程序、三個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組62、63、64以同樣方式可各自執(zhí)行至少一程序、及多重微控制器控制邏輯(MMCUcontrol logic)65連接微控制器60及微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組62、63、64，并可使微控制器60及微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組62、63、64于錯(cuò)開(kāi)的時(shí)序中執(zhí)行各自的程序。
其中，微控制器60具有程序計(jì)數(shù)器1(program counter 1)、累加器1(Accumulator 1)、算數(shù)旗標(biāo)1(Arithmetic flag 1)、程序定序器(program sequencer)601、算術(shù)邏輯單元(ALU)602；另外，微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組62、63、64亦各自包括有程序計(jì)數(shù)器、累加器、算數(shù)旗標(biāo)，如此微控制器60中的程序計(jì)數(shù)器1、累加器1與算數(shù)旗標(biāo)1亦可視為一微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組61。
以上圖6的結(jié)構(gòu)在實(shí)質(zhì)上與圖5的結(jié)構(gòu)相同，目的僅是說(shuō)明在晶片制作上，可沿用原本的傳統(tǒng)微控制器電路作為微控制器60，而外加其他電路設(shè)計(jì)作為其他結(jié)構(gòu)部分，在設(shè)計(jì)上較為便利。
再請(qǐng)參閱圖7為本發(fā)明于四個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組的時(shí)脈運(yùn)作圖實(shí)施例，在CLK的1#時(shí)序上，多重微控制器控制邏輯55選擇微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51運(yùn)作，即執(zhí)行MCU_1程序；在CLK的2#時(shí)序上，多重微控制器控制邏輯55選擇微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組52運(yùn)作，即執(zhí)行MCU_2程序；在CLK的3#時(shí)序上，多重微控制器控制邏輯55選擇微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51運(yùn)作，即執(zhí)行MCU_1程序；在CLK的4#時(shí)序上，多重微控制器控制邏輯55選擇微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組53運(yùn)作，即執(zhí)行MCU_3程序；在CLK的5#時(shí)序上，多重微控制器控制邏輯55選擇微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組51運(yùn)作，即執(zhí)行MCU_1程序；在CLK的6#時(shí)序上，多重微控制器控制邏輯55選擇微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組52運(yùn)作，即執(zhí)行MCU_2程序；依此類(lèi)推，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，若要增加系統(tǒng)功能讓更多的微控制器可以同時(shí)運(yùn)作，只要增加新的微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組即可。
從整個(gè)來(lái)看，多重微控制器的時(shí)脈為CLK，MCU_1的指令執(zhí)行時(shí)間點(diǎn)為CLK的1#、3#、5#、7#、…，在CLK的1#時(shí)執(zhí)行主程序的第(N)個(gè)動(dòng)作，在CLK的3#時(shí)執(zhí)行主程序的第(N+1)個(gè)動(dòng)作，在CLK的5#時(shí)執(zhí)行主程序的第(N+2)個(gè)動(dòng)作，依此類(lèi)推，相當(dāng)于MCU_1的執(zhí)行時(shí)脈為多重微控制器時(shí)脈的1/2。MCU_2的指令執(zhí)行時(shí)間點(diǎn)為CLK的2#、6#、10#、14#、…，在CLK的2#時(shí)執(zhí)行PWM功能的第(M)個(gè)動(dòng)作，在CLK的6#時(shí)執(zhí)行PWM功能的第(M+1)個(gè)動(dòng)作，在CLK的10#時(shí)執(zhí)行PWM功能的第(M+2)個(gè)動(dòng)作，依此類(lèi)推，相當(dāng)于MCU_2的執(zhí)行時(shí)脈為多重微控制器時(shí)脈的1/4。MCU_3的指令執(zhí)行時(shí)間點(diǎn)為CLK的4#、12#、…，在CLK的4#時(shí)執(zhí)行脈沖寬度量測(cè)的第(U)個(gè)動(dòng)作，在CLK的12#時(shí)執(zhí)行脈沖寬度量測(cè)的第(U+1)個(gè)動(dòng)作，依此類(lèi)推，相當(dāng)于MCU_3的執(zhí)行時(shí)脈為多重微控制器時(shí)脈的1/8。MCU_4的指令執(zhí)行時(shí)間點(diǎn)為CLK的8#、16#、…，在CLK的8#時(shí)執(zhí)行I2C功能的第(V)個(gè)動(dòng)作，在CLK的16#時(shí)執(zhí)行I2C功能的第(V+1)個(gè)動(dòng)作，依此類(lèi)推，相當(dāng)于MCU_4的執(zhí)行時(shí)脈為多重微控制器時(shí)脈的1/8。
再者，圖7所示的MCU_1、MCU_2、MCU_3、MCU_4是運(yùn)作在各個(gè)錯(cuò)開(kāi)的時(shí)序中，所以MCU_1、MCU_2、MCU_3、MCU_4是可以共用程序存儲(chǔ)器，也不需要加入指令緩沖區(qū)來(lái)降低不同微控制器彼此的干擾，所以節(jié)省了硬件成本而且沒(méi)有增加多重微控制器帶來(lái)的軟件復(fù)雜度。
由以上說(shuō)明也可顯然思及，所共用的程序存儲(chǔ)器可以不只一個(gè)，例如可由四個(gè)MCU共用兩個(gè)程序存儲(chǔ)器。換言之MCU、程序存儲(chǔ)器、時(shí)脈三者的間的關(guān)系為式(1)1/T1+1/T2+…+1/TX≤Y*1/T…………(1)其中，系統(tǒng)所提供的基本工作時(shí)脈頻率為1/T，有X個(gè)MCU各別在低于1/T的工作時(shí)脈頻率1/T1，1/T2…1/TX下工作，其中1/T1，1/T2…1/TX為第1，2…X個(gè)MCU的工作時(shí)脈頻率，而Y為程序存儲(chǔ)器的數(shù)目。
前述圖7的例子是在X＝4，Y＝1的情況下，以1/2T，1/4T，1/8T，1/8T的方式共享資源。當(dāng)然這并非唯一的方式，設(shè)計(jì)者可在本發(fā)明的概念下，用任意方式分配，例如1/4T，1/4T，1/4T，1/4T；或動(dòng)態(tài)地在某些MCU未使用到的時(shí)候，暫時(shí)不分享資源，而將資源僅分享給使用到的MCU，如1/2T，1/4T，1/4T，0；等等。
需強(qiáng)調(diào)的是，以上時(shí)脈頻率資源共享的觀念，為本發(fā)明的另一重點(diǎn)，即使不搭配圖5和圖6的硬件結(jié)構(gòu)，而應(yīng)用于例如圖3的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，也仍然是一項(xiàng)新穎的作法。換言之，上述所謂的MCU，可以是固定的傳統(tǒng)MCU如圖3，或動(dòng)態(tài)的MCU(微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組+微控制器運(yùn)算邏輯)如圖5、圖6所示。
又，所謂“系統(tǒng)所提供的基本工作時(shí)脈頻率為1/T”，是廣義指每一個(gè)指令的動(dòng)作最小單位為1/T，而不一定狹義是系統(tǒng)原始所供應(yīng)的時(shí)脈頻率為1/T。舉例而言，如果電路是采取倍頻設(shè)計(jì)，在每一時(shí)脈周期的正半周和負(fù)半周各工作一次，則本發(fā)明所謂的1/T，是指系統(tǒng)原始所供應(yīng)時(shí)脈的兩倍，或是以線(xiàn)路其他方式，產(chǎn)生其它供給MMCU的工作頻率，則本發(fā)明所謂的1/T，是指經(jīng)線(xiàn)路方式所產(chǎn)生的工作時(shí)脈頻率。更詳言之，例如系統(tǒng)原始所供應(yīng)的時(shí)脈為1MHz，而系統(tǒng)經(jīng)由線(xiàn)路方式產(chǎn)生相等于3MHz的工作頻率，則本發(fā)明所謂“系統(tǒng)所提供的基本工作時(shí)脈頻率”是3MHz，意即本發(fā)明所謂的1/T是泛指系統(tǒng)工作時(shí)所使用的實(shí)際工作時(shí)脈。
此外，根據(jù)以上的分工方式，我們可以在中斷需求來(lái)臨時(shí)，將中斷服務(wù)程序固定指派給一個(gè)(或某些個(gè)固定的)MCU來(lái)處理，而確保其他的MCU完全不會(huì)被中斷。這種「固定由某一或某些MCU來(lái)處理中斷」的安排方式同樣不僅可適用于圖5、圖6的結(jié)構(gòu)，也可適用于圖3的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的此種新穎的中斷處理方法，可以在所有MCU工作滿(mǎn)載而仍出現(xiàn)新的中斷需求時(shí)，確保大部分的MCU時(shí)序可以精確控制。
附帶說(shuō)明，不同功能組合的多重微控制器，其不同的微控制器執(zhí)行時(shí)序則透過(guò)多重微控制器控制邏輯55重新設(shè)定，時(shí)序的設(shè)定也需配合系統(tǒng)規(guī)格與周邊元件規(guī)格，例如，比較高速的交握協(xié)定就設(shè)定比較高頻率的時(shí)序。
另外，圖8所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其是具有六個(gè)微控制器，第一個(gè)微控制器MCU_1執(zhí)行主程序，第二個(gè)微控制器MCU_2執(zhí)行I2C功能，第三個(gè)微控制器MCU_3執(zhí)行UART功能，第四個(gè)微控制器MCU_4執(zhí)行PWM功能，第五個(gè)微控制器MCU_5執(zhí)行特殊波形產(chǎn)生功能一，第六個(gè)微控制器MCU_6執(zhí)行特殊波形產(chǎn)生功能二，各自對(duì)應(yīng)一微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組，亦即X＝6。
因此，本發(fā)明可以不同數(shù)量的微控制器來(lái)執(zhí)行各個(gè)程序，只要增加微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組即可，或是調(diào)整每一個(gè)微控制器執(zhí)行數(shù)個(gè)不同的程序以達(dá)到最佳執(zhí)行效能的調(diào)校，使得制作成本與效能表現(xiàn)得到最佳的平衡。
另外我們可以用軟件來(lái)完成不同的交握協(xié)定與各種周邊元件溝通，正確的產(chǎn)生固定時(shí)序以控制不同的周邊元件及精確的量測(cè)信號(hào)寬度，除上面所舉例外，SPI交握協(xié)定程序，Timer計(jì)時(shí)程序，輸入信號(hào)的脈沖寬度測(cè)量程序都是應(yīng)用的范疇；不但大大降低硬件成本也大大強(qiáng)化微控制器使用的彈性。
本發(fā)明利用上述以數(shù)個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組使微控制器執(zhí)行不同的運(yùn)算程序，經(jīng)由多重微控制器控制邏輯依照時(shí)脈執(zhí)行各自的程序。因此，本發(fā)明不但可有效解決已知時(shí)序被干擾而無(wú)法精確控制時(shí)序的問(wèn)題，提供一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，可使多個(gè)程序可以平行處理，并且硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可降低整個(gè)系統(tǒng)制作成本。
以上所述是由實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)，其目的在使熟習(xí)該技術(shù)者能了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，而非限定本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，故，凡是其他未脫離本發(fā)明所揭示的精神所完成的等效修飾或修改，仍應(yīng)包含在以下所述的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括至少二微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組，每一該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組可執(zhí)行至少一程序；一多重微控制器控制邏輯，其是連接該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組，可控制該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組于錯(cuò)開(kāi)的時(shí)序中執(zhí)行各自的程序；以及一微控制器運(yùn)算邏輯，其是連接該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組并提供輔助運(yùn)算。
2.如權(quán)利要求1所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組之一與該微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)微控制器。
3.如權(quán)利要求1所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中設(shè)定該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組之一優(yōu)先處理中斷。
4.如權(quán)利要求1所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該微控制器運(yùn)算邏輯包括一程序定序器及一算術(shù)邏輯單元，并由一總線(xiàn)與該程序定序器及該算術(shù)邏輯單元連接以傳送信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，每一該微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組包括一程序計(jì)數(shù)器及一算數(shù)旗標(biāo)，并由一總線(xiàn)連接該程序計(jì)數(shù)器及該算數(shù)旗標(biāo)以傳送信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組經(jīng)過(guò)一交握協(xié)定傳送控制信號(hào)至周邊元件。
7.如權(quán)利要求6所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該交握協(xié)定是選自I2C protocol、通用異步收發(fā)協(xié)定、SPI、輸入信號(hào)的脈沖寬度測(cè)量程序、計(jì)時(shí)器所組成群組的其中之一。
8.如權(quán)利要求1所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，還包括一程序存儲(chǔ)器，其是儲(chǔ)存數(shù)個(gè)程序并經(jīng)由程序存儲(chǔ)器總線(xiàn)與該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組連接。
9.如權(quán)利要求8所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組是讀取該程序存儲(chǔ)器的程序執(zhí)行運(yùn)算。
10.如權(quán)利要求9所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，該程序是選自主程序、PWM波形產(chǎn)生程序、輸入信號(hào)的脈沖寬度測(cè)量程序、I2C交握協(xié)定程序、UART交握協(xié)定程序、SPI交握協(xié)定程序、Timer計(jì)時(shí)程序所組成群組的其中之一。
11.如權(quán)利要求1所述的平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中，還包括至少一資料存儲(chǔ)器，其是經(jīng)由資料存儲(chǔ)器總線(xiàn)與該等微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組連接。
12.一種多重微控制器的時(shí)序控制方法，該多重微控制器包括X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組，共用Y個(gè)程序存儲(chǔ)器，其中X≥2、Y≥1，且該多重微控制器接受一個(gè)頻率為1/T的時(shí)脈，其特征在于，該時(shí)序控制方法包括令所述X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組各別在低于1/T的工作時(shí)脈頻率1/T1、1/T2…1/TX下工作，且1/T1、1/T2…1/TX為第X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組的工作時(shí)脈頻率，并令1/T1+1/T2+…+1/TX≤Y*1/T。
13.如權(quán)利要求12所述的多重微控制器的時(shí)序控制方法，其特征在于，其中在X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組中，設(shè)定至少一個(gè)固定的微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組來(lái)優(yōu)先處理中斷。
14.如權(quán)利要求12所述的多重微控制器的時(shí)序控制方法，其特征在于，其中該Y個(gè)程序存儲(chǔ)器設(shè)置于多重微控制器的外部或內(nèi)部。
15.如權(quán)利要求12所述的多重微控制器的時(shí)序控制方法，其特征在于，其中該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組各別與對(duì)應(yīng)的一個(gè)微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)完整的微控制器。
16.如權(quán)利要求12所述的多重微控制器的時(shí)序控制方法，其特征在于，其中該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組動(dòng)態(tài)地與同一個(gè)微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)完整的微控制器。
17.如權(quán)利要求12所述的多重微控制器的時(shí)序控制方法，其特征在于，其中以1/Tn(n＝1，2…X)表示1/T1，1/T2…1/TX，則當(dāng)n＝1，2…X-1時(shí)，1/Tn＝(1/2n)*Y*(1/T)當(dāng)n＝X時(shí)，1/Tn＝(1/2(X-1))*Y*(1/T)。
18.如權(quán)利要求12所述的多重微控制器的時(shí)序控制方法，其特征在于，其中X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組平均共享時(shí)脈頻率資源，即1/T1＝1/T2＝…＝1/TX。
19.如權(quán)利要求12所述的多重微控制器的時(shí)序控制方法，其特征在于，其中當(dāng)X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組中有x個(gè)未在工作狀態(tài)時(shí)，僅將時(shí)脈頻率資源分享給(X-x)個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組，而令1/T1+1/T2+…+1/TX-x≤Y*1/T。
20.一種多重微控制器的中斷處理方法，該多重微控制器包括X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組，其特征在于，該方法包括在該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組中，設(shè)定至少一個(gè)固定的微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組來(lái)優(yōu)先處理中斷。
21.如權(quán)利要求20所述的多重微控制器的中斷處理方法，其特征在于，其中該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組各別與對(duì)應(yīng)的微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)完整的微控制器。
22.如權(quán)利要求20所述的多重微控制器的中斷處理方法，其特征在于，其中該X個(gè)微控制程序執(zhí)行狀態(tài)模組動(dòng)態(tài)地與同一個(gè)微控制器運(yùn)算邏輯整合成一個(gè)完整的微控制器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法，其是一多重微控制器的結(jié)構(gòu)，內(nèi)含多個(gè)微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組，在同一時(shí)脈下，不同的微控制器程序執(zhí)行狀態(tài)模組在相互錯(cuò)開(kāi)不同時(shí)序下被執(zhí)行，相當(dāng)于有多個(gè)微控制器同時(shí)平行獨(dú)立運(yùn)作。因此本發(fā)明提供一種平行處理的多重微控制器的結(jié)構(gòu)及時(shí)序控制方法，可避免因增加硬件電路而增加成本，并且有效解決執(zhí)行程序時(shí)的時(shí)序被干擾而無(wú)法精確控制時(shí)序的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G06F15/78GK1877555SQ200510075579
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2005年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月6日
發(fā)明者張榮麟 申請(qǐng)人:應(yīng)廣科技股份有限公司