如今，微控制器的功能日漸強大，已經從早期的單片機轉向基于SoC結構的MCU體系。在這個轉變過程中，內核成為了決定一顆MCU的性能和應用場景的關鍵。比如我們常說MCU的位數就是根據內核來確定的，不同的內核代表了不同的MCU性能。例如，早期的8051就是8位單片機的典型內核，現在主流的Arm Cortex M系列則代表了32位MCU最常見的內核；Cortex M0+則是低功耗低成本MCU的標簽；Cortex M7內核的MCU作為高性能微控制器的代表甚至可以進行部分視頻處理應用，而PowerPC架構的內核則常見于汽車動力總成部分的MCU應用場景。

如何配置強大的CPU內核？

內核是一顆MCU中的主處理單元（也可以說是MCU的CPU），內核基本決定了一顆MCU半數以上的技術指標，因此對CPU內核進行配置就成為應用MCU的最關鍵步驟。今天我們就以東芝的TLCS-870/C1內核作為示例，帶大家共同學習一下CPU整體配置的基本知識。

首先我們來認識一下微控制器的各個基本功能，如下圖所示，CPU具有用于存放微控制器中各種數據和程序的存儲電路以及用于執行計算的運算電路。其中各個部分功能如下。

PSW（程序狀態字）：用于保存操作結果和指令執行結果狀態的寄存器，由各種標志組成。

通用寄存器：用于儲存數據的存儲電路，根據存儲電路的位置，通用寄存器分別稱為W、A、B、C、D、E、H、L等。儲存計算結果的地方稱為累加器。在TLCS-870/C1中，W、A、B、C、D、E、H、L、IX和IY這十個寄存器具有累加器功能。

程序計數器（PC）：用于儲存存儲器地址以讀取指令的存儲電路。

ALU（算術邏輯單元）：用于執行計算的運算電路。

指令寄存器：用于暫時存儲讀取指令的存儲電路。

指令解碼器：對存儲在指令寄存器中的指令進行解密，并將其發送到控制單元。

中斷控制電路：用來控制中斷功能。

在這些功能中，程序計數器（PC）是管理下一步要執行指令存儲地址的寄存器。每次執行一條指令時，程序計數器指定的地址將進行＋n處理（1字指令為＋1，2字指令為＋2）。當在中斷指令等情況下，PC將存儲跳轉目標地址。CPU從PC讀取下一條要執行指令所在的地址，并依次執行。例如，如果PC中存儲了0x8020（地址），則意味著CPU正在執行地址為0x8019的指令。如果從PC讀取了地址0x8020，則CPU下一步要執行指令的地址0x8021將儲存在PC中。這個過程可以參考圖2所示的流程示意。

而通用寄存器可用于各種用途，例如累加器和數據處理。TLCS-870/C1有八個8位寄存器：W、A、B、C、D、E、H和L。這八個寄存器也可以作為16位寄存器成對使用：WA、BC、DE和HL。這些組合只適用于相鄰的寄存器，例如，B和E、H和E等不能組合。此外，TLCS-870/C1還有兩個16位通用寄存器IX和IY。這些寄存器主要作為訪問存儲器時的索引寄存器。

在CPU執行指令后，會有一個標志指示存儲器的內容以及計算結果的狀態。PSW（程序狀態字）的作用就是收集這些標志。下圖是A寄存器（00111110）和B寄存器（11100000）相加的例子。計算結果（100011110）本應儲存在A寄存器中。但是，由于A寄存器只能儲存8位，所以將進位標設置為“1”，并將進位標志保留為發生進位的信息。因此，在A寄存器中，存儲不包括最高有效位1的（00011110）作為計算結果。例如，如果計算結果是（100000000），則在進位標志中設置1，（00000000）儲存在A寄存器中，所以在零標志中設置1。

今天我們跟大家一起了解了微控制器的CPU部分功能單元和基本指令執行的知識，下一節我們將帶大家一起認識另一個CPU配置的關鍵環節“中斷處理”。請大家持續關注哦～

來源：東芝半導體
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審核編輯 黃宇