Freescale MC68HC000EI16

Отличный выбор! MC68HC000EI16 — это один из самых популярных и массовых 32-битных микропроцессоров в истории, сердце классических компьютеров, таких как Amiga, Atari ST и многих других. Вот подробное описание и технические характеристики.

Описание

Freescale MC68HC000EI16 (часто называемый просто 68000) — это 16/32-битный микропроцессор с 32-битными внутренними регистрами и 16-битной внешней шиной данных. Несмотря на маркировку "HC", это не низкопотребляющая (CMOS) версия, а более поздняя усовершенствованная версия оригинального NMOS MC68000, произведенная по HCMOS-технологии (High-density CMOS). Это обеспечило лучшее энергопотребление и возможность работы на повышенных тактовых частотах.

• EI16 в названии означает:
  • E – Корпус типа CPGA (Ceramic Pin Grid Array) или Cerquad. Это версия с керамическим корпусом для повышенной надёжности.
  • I16 – Температурный диапазон Industrial (-40°C до +85°C) и тактовая частота 16 МГц.

Этот процессор стал эталоном благодаря своей чистой и мощной архитектуре, большому адресному пространству и отсутствию сегментации памяти, что сильно облегчало программирование по сравнению с современными ему x86-процессорами.

Ключевые технические характеристики

• Архитектура: 32-битная (внутренняя), с 32-битными регистрами и АЛУ.
• Внешняя шина данных: 16-битная (24-битная адресная шина).
• Тактовая частота: 16 МГц (номинальная для этой модификации).
• Адресное пространство: 16 МБ линейной памяти (24-битная адресная шина).
• Система команд: Богатый набор инструкций (более 50), с поддержкой операций над пятью типами данных. Ортогональная архитектура — большинство команд работают с большинством режимов адресации.
• Режимы работы: Пользовательский и привилегированный (супервизорный), что обеспечивает встроенную поддержку многозадачных ОС.
• Прерывания: 7 уровней приоритетных прерываний (автовекторизация и векторизация по внешнему устройству).
• Напряжение питания: 5 В ±5%.
• Техпроцесс: HCMOS.
• Корпус: 64-контактный керамический CPGA (штифтовый массив) или Cerquad (плоский керамический с выводами по краям). Версия с индексом "E".
• Температурный диапазон: Industrial (-40°C до +85°C).
• Производительность: ~ 1.4 MIPS на частоте 16 МГц.

Парт-номера (Part Numbers) и совместимые модели

Номенклатура Motorola/Freescale (ныне NXP) для 68000 была очень обширной. Вот основные варианты, совместимые по выводам и функционально с MC68HC000EI16:

1. Прямые аналоги и парт-номера от Motorola/Freescale/NXP:

• MC68000EI16 – Оригинальная NMOS/HMOS версия в керамическом корпусе. Менее энергоэффективна, но полностью совместима по выводам.
• MC68HC000EI10 – То же самое, но на частоте 10 МГц.
• MC68HC000EI12 – То же самое, но на частоте 12 МГц.
• MC68HC000FN16 – Версия в пластиковом корпусе (FPGA) с диапазоном Commercial (0°C до 70°C). Наиболее распространённая и дешёвая версия.
• MC68HC000FN10 / FN12 – Пластиковые версии на 10 и 12 МГц.
• MC68HC001 – Версия с программно-конфигурируемой 8/16-битной шиной данных. Совместима по выводам, но требует дополнительной настройки.
• MC68EC000 – "Встроенный" (Embedded Controller) вариант с 32-битной внутренней архитектурой, но только 24-битной шиной адреса (16 МБ) и 16- или 8-битной шиной данных. Полностью совместим по системе команд, но имеет другие корпуса (например, QFP) и ориентирован на контроллеры. Не является прямой заменой в пайке.

2. Совместимые модели от других производителей (Second Source):

Одной из причин успеха 68000 была политика лицензирования. Аналоги выпускали:

• Hitachi: HD68HC000 (серии, например, HD68HC000P16, HD68HC000F16). Полные аналоги.
• Philips/Signetics: S68HC000 (например, S68HC000N16).
• Rockwell: R68HC000.
• SGS-Thomson (STMicroelectronics): TS68HC000 (например, TS68HC000F16).
• Toshiba: TMP68HC000 (например, TMP68HC000P-16).

3. Усовершенствованные и более поздние совместимые модели (требуют проверки схемотехники):

• MC68SEC000 – Усовершенствованная, более дешёвая и энергоэффективная версия (3.3В) для встраиваемых систем. Ядро 68000, но корпус и питание другие.
• MC68008 – Версия с 8-битной внешней шиной данных (для удешевления систем). Совместима по системе команд, но имеет другой корпус (48-pin DIP или 52-pin PLCC) и не является прямой заменой.
• MC68010 – С виртуальной памятью и улучшенной обработкой прерываний. Полная совместимость по выводам (Pin-to-Pin) с 68000. Может напрямую заменить MC68HC000EI16 в большинстве плат.
• MC68012 – Расширенная версия 68010 с 31-битной адресной шиной (2 ГБ). Имеет больше выводов, не является прямой заменой.

Важное примечание по совместимости

• Прямая замена в пайке (Drop-in Replacement): MC68000, MC68HC000 (всех частот и корпусов, если корпус совпадает), MC68010. Модели с суффиксом FN (пластик) можно впаять вместо EI (керамика), и наоборот, если позволяет разводка платы по высоте.
• Совместимость по системе команд, но не по выводам: MC68008, MC68EC000, MC68SEC000, MC68HC001 (требует настройки).
• Перед заменой всегда сверяйтесь с даташитами по корпусам (pinout) и электрическим характеристикам (например, ёмкостная нагрузка на шинах).

Где использовался: Легендарные компьютеры Amiga 500/1000/2000, Atari ST, Sharp X68000, ранние модели Apple Macintosh, игровые автоматы, принтеры, рабочие станции, контроллеры в промышленности и военной технике.

Этот процессор до сих пор живёт в современных микроконтроллерах ColdFire от NXP, которые сохраняют совместимость с ядром 68000 на уровне системы команд.