-Kiến trỳc RISC với hầu hết cỏc lệnh cú chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ nạp – lưu trữ và 32 thanh nghi đa năng.
- Cú nhiều bộ phận ngoại vi ngay trờn chip, bao gồm: Cổng và/ra số, bộ biến đổi ADC, bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rộng xung (PWM), …
- Hầu hết cỏc lệnh đều thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp.
- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, cú thể lờn đến 20 MHz tuỳ thuộc từng loại chip cụ thể.
- Bộ nhớ chương trỡnh va bộ nhớ dữ liệu được tớch hợp ngay trờn chip.
- Khả năng lập trỡnh được trong hệ thống, cú thể lập trỡnh được ngay khi đang được cấp nguồn trờn bản mạch khụng cần phải nhấc chip ra khỏi bản mạch.
- Hỗ trợ cho việc lập trỡnh bằng ngụn ngữ bậc cao – ngụn ngữ C.
Cốt lừi của AVR là sự kết hợp tập lệnh đầy đủ với cỏc thanh ghi đa năng 32 bit. Tất cả cỏc thanh ghi 32 bit này liờn kết trực tiếp với khối xử lý số học và logic (ALU) cho phộp 2 thanh ghi độc lập được truy cập trong một lệnh đơn trong 1 chu kỳ đồng hồ. Kết quả là tốc độ nhanh gấp 10 lần cỏc bộ vi điều khiển CISC thường.
Với cỏc tớnh năng đó nờu, chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phộp bộ truyền tin nối tiếp đồng bộ USART, giao tiếp 2 dõy, chuyển đổi A/D,
30
SRAM, bộ đếm bộ định thời, cổng SPI và hệ thống cỏc ngắt vẫn hoạt động. Chế độ Power-down lưu giữ nội dung của cỏc thanh ghi nhưng làm đụng lạnh bộ tạo dao động, thoỏt khỏi cỏc chức năng của chip cho đến khi cú ngắt ngoài hoặc là reset phần cứng. Chế độ Power-save đồng hồ đồng bộ tiếp tục chạy cho phộp chương trỡnh sử dụng giữ được đồng bộ thời gian nhưng cỏc thiết bị cũn lại là ngủ. Chế độ ADC Noise Reduction dừng CPU và tất cả cỏc thiết bị cũn lại ngoại trừ đồng hồ đồng bộ và ADC, tối thiểu hoỏ switching noise trong khi ADC đang hoạt động. Trong chế độ standby, bộ tạo dao động (thuỷ tinh thể/bộ cộng hưởng) chạy trong khi cỏc thiết bị cũn lại ngủ. Cỏc điều này cho phộp bộ vi điều khiển khởi động rất nhanh trong chế độ tiờu thụ cụng suất thấp.
Thiết bị được sản xuất sử dụng cụng nghệ bộ nhớ cố định mật độ cao của Atmel. Bộ nhớ On-chip ISP Flash cho phộp lập trỡnh lại vào hệ thống qua giao diện SPI bởi bộ lập trỡnh bộ nhớ cố đinh truyền thống hoặc bởi chương trỡnh On-chip Boot chạy trờn lừi AVR. Chương trỡnh boot cú thể sử dụng bất cứ giao điện nào để download chương trỡnh ứng dụng trong bộ nhớ Flash ứng dụng. Phần mềm trong vựng Boot Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi vựng Application Flash được cập nhật, cung cấp thao tỏc Read-While-Write thực
Để tối đa hoỏ hiệu năng tớnh năng và song song, AVR sử dụng kiến trỳc Harvard với bộ nhớ riờng biệt và cỏc BUS cho chương trỡnh và dữ liệu. Cỏc cõu lệnh trong bộ nhớ chương trỡnh được hoạt với một đường ống lệnh mức đơn. Trong khi một lờnh đang thực hiện, lệnh tiếp theo sẽ được nạp trước vào từ bộ nhớ chương trỡnh. Điều này làm cho cỏc lệnh được thực hiện trong mọi chu kỳ đồng hồ. Bộ nhớ chương trỡnh là bộ nhớ In-System Reprogrammable Flash. Tập thanh ghi truy cập nhanh bao gồm 32 thanh ghi đang năng 8 bit với thời gian ttruy cập là 1 chu kỳ đơn. Điều này cho phộp ALU hoạt động trong một chu kỳ đơn. Một thao tỏc điển hỡnh với 2 toỏn hạng được của ALU, 2 toỏn hạng được lấy ra từ tệp thanh ghi để thực hiện, và và kết quả được lưu trữ lại trong tệp thanh ghi trong một chu kỳ đồng hồ. 6 trong
31
số 32 thanh ghi cú thể sử dụng như là 3 thanh ghi con trỏ địa chỉ giỏn tiếp 16 bit để chỉ vào vựng dữ liệu phục vụ cho tớnh toỏn địa chỉ hiệu dụng. Một trong cỏc con trỏ địa chỉ này cũng cú thể được sử dụng làm con trỏ địa chỉ trỏ vào bảng dữ liệu trong bộ nhớ chương trỡnh Flash. Cỏc thanh ghi này là X, Y và Z ALU thực hiện cỏc phộp toỏn logớc và số học giữa cỏc thanh ghi hoặc giữa thanh ghi với một hằng số. Cũng cú thể thao tỏc với cỏc thanh thanh ghi đơn trong ALU. Sau khi thực hiện phộp toỏn số học, cỏc thanh ghi trạng thỏi được cập nhật cỏc thụng tin về kết quả thực hiện.
Dũng chương trỡnh được điều khiển bởi cỏc phộp nhảy cú điều kiện hoặc khụng điều kiện đến cỏc lệnh được gọi, và chỉ đến cỏc địa chỉ trực tiếp trong khụng gian địa chỉ. Hầu hết cỏc lệnh AVR đều thực hiện với dữ liệu 16 bit. Mỗi địa chỉ bộ nhớ chương trỡnh đều chứa 1 lệnh 32 bit hoặc 16 bit.
Khụng gian bộ nhớ chương trỡnh Flash được chia thành 2 vựng, vựng chương trỡnh boot và vựng chương trỡnh ứng dụng, cả hai vựng này đều cú bit khoỏ chuyờn dụng để bảo vệ cho việc ghi và đọc/ghi. Lệnh SPM dựng để ghi vào vựng bộ nhớ ứng dụng phải cú trong vựng chương trỡnh boot. Trong khi thực hiện cỏc ngắt và cỏc thường trỡnh, địa chỉ trở về của bộ đếm chương trỡnh (PC) được lưu trữ trong stack. Nhỡn chung stack được định vị trong SRAM, và do vậy kớch cỡ stack được giới hạn bởi kớch cỡ toàn bộ của SRAM, và cỏch sử dụng của SRAM. Tất cả cỏc chương trỡnh của người sử dụng phải khởi tạo SP trong thường trỡnh reset (trước khi thường trỡnh hoặc ngắt được thược hiện). SP cú thể trỏ được vào khụng gian I/O. SRAM cú thể được truy cập một cỏch dễ dàng thụng qua 5 chế độ địa chỉ khỏc nhau hỗ trợ bởi kiến trỳc AVR.
Khụng gian bộ nhớ trong kiến trỳc AVR là bản đồ bộ nhớ thụng thường và tuyến tớnh.
Một module ngắt linh động cú cỏc thanh ghi điều khiển của nú trong khụng gian I/O cựng với thờm vào bit khởi tạo ngắt toàn cục trong thanh ghi trạng thỏi. Tất cả cỏc ngắt cú vector ngắt riờng biệt trong bảng vector ngắt.
32 Cỏc ngắt này cú
mức độ ưu tiờn theo vị trớ của vector ngắt tương ứng. Mức cú địa chỉ càng thấp thỡ cú quyền ưu tiờn càng cao.
Khụng gian bộ nhớ I/O cú 64 địa chỉ cho cỏc chức năng ngoại vi của CPU như là cỏc thanh ghi điều khiển, SPI, và cỏc chức năng I/O khỏc. Bộ nhớ I/O cú thể truy cập trực tiếp, hoặc như là vị trớ khụng gian dữ liệu theo chỳng của tệp thanh ghi, $20-$5F.
Thờm vào đú, nú cú khụng gian I/O mở rộng từ $60 đến $FF trong SRAM, cỏc khụng gian này chỉ cú cỏc lệnh ST/STS/STD và LD/LDS/LĐ cú thể sử dụng.
33
ALU – Arithmetic Logic Unit - Đơn vị xử lý số học và logic DATA SRAM:Bộ nhớ dữ liệu
EEPROM ( electrically Erasable Proprammable Read-Only Memory) : Là loại ROM cú thể xúa được bằng điện sau đú ghi lại mà khụng cần lấy ra. DATA BUS- 8Bit: Đường truyền dữ liệu 8 bit
I/0 LINES: Đường vào ra tớn hiệu
32ì8 GNERAL PURPOSE REGISTERS : 32thanh ghi đa năng 8 bit STATUS AND CONTROL : Khối nhận biết trạng thỏi và điều khiển PROGRAME COUTER : Bộ đếm chương trỡnh
FLASH PROGRAM MEMORY : Bộ nhớ flash , là một loại bộ nhớ sử dụng cỏc chớp NAND( tớch hợp nhiều transistor lờn một tấm bỏn dẫn), cỏc chớp này cú kớch thước nhỏ tốc độ đọc ghi cao, dung lượng lớn.
INTRUCTION REGISTER : Thanh ghi lệnh INTRUCTION DECODER : Giải mó lệnh CONTROL LINES: Những đường điều khiển INTERRUPT UNIT: Bộ xử lý ngắt
SPI UNIT: Mạch ghộp nối nội ngoại vi núi tiếp, là mạch liờn kết dữ liệu nối tiếp đồng bộ cho phộp bộ điều khiển truyền thụng với cỏc thiết bị ngoại vi WATCHDOG TIME : Là bộ đếm cú chức năng reset lại vi điều khiển khi xảy ra sự kiện tràn
ANALOG COMPARATOR: Bộ so sỏnh tớn hiệu tương tự I/O MODULE1-I/O MUDULE n : Module vào ra tớn hiệu DIRECT ADDRESSING : Đường địa chỉ truyền trực tiếp IN DIRECT ADDRESSING : Đường địa chỉ truyền giỏn tiếp