Обратный инжиниринг микроконтроллеров Microchip

Microchip Technology — американский производитель микроконтроллеров, микросхем памяти и аналоговых полупроводников. Её продукция включает микроконтроллеры (PICmicro, dsPIC / PIC24, PIC32), последовательные EEPROM, последовательные SRAM, устройства KEELOQ, радиочастотные (RF) устройства, термические, силовые и аккумуляторные аналоговые устройства, а также линейные, интерфейсные и смешанные сигнальные устройства. Некоторые из интерфейсных устройств включают USB, ZigBee/MiWi, Controller Area Network и Ethernet.

Головной офис находится в Чандлере, штат Аризона, с фабриками по производству пластин в Темпе, Аризона и Грешеме, Орегон. Продажи за финансовый год, закончившийся 31 марта 2013 года, составили $1 581 623 000.

 

 

Серия Microchip PIC

PIC — это семейство микроконтроллеров с модифицированной гарвардской архитектурой, производимых компанией Microchip Technology, происходящих от PIC1650, первоначально разработанного Microelectronics Division компании General Instrument. Название PIC первоначально означало «Peripheral Interface Controller» (контроллер периферийных интерфейсов).

Микроконтроллеры PIC популярны как среди промышленных разработчиков, так и среди любителей благодаря своей низкой стоимости, широкой доступности, большой пользовательской базе, обширной коллекции примечаний по применению, наличию недорогих или бесплатных инструментов разработки и возможности последовательного программирования (и перепрограммирования с флэш-памятью). Они также часто используются в образовательных целях, поскольку часто поставляются с простым в использовании программным обеспечением «pic logicator».

История

Первоначальный PIC был создан для использования с новым 16-разрядным ЦП компании General Instrument, CP1600. Хотя в целом это был хороший ЦП, CP1600 имел плохую производительность ввода-вывода, и 8-разрядный PIC был разработан в 1975 году для повышения производительности всей системы за счёт разгрузки задач ввода-вывода от ЦП. В PIC использовалась простая микрокоманда, хранящаяся в ПЗУ, для выполнения своих задач, и хотя этот термин не использовался в то время, он имеет некоторые общие черты с архитектурами RISC.

В 1985 году General Instrument выделила своё микроэлектронное подразделение, и новое руководство практически всё списало — к тому времени уже устаревшее. Однако PIC был модернизирован с использованием внутреннего EPROM для создания программируемого канального контроллера, и сегодня доступно огромное разнообразие PIC с различными встроенными периферийными устройствами (последовательные коммуникационные модули, UART, ядра управления двигателями и т.д.) и памятью программ от 256 слов до 64k слов и более («слово» — это одна команда языка ассемблера, размером от 12, 14 или 16 бит в зависимости от конкретного семейства PIC).

PIC и PICmicro являются зарегистрированными товарными знаками Microchip Technology. Обычно считается, что PIC означает Peripheral Interface Controller, хотя первоначальная аббревиатура General Instruments для первых устройств PIC1640 и PIC1650 была «Programmable Interface Controller». Вскоре аббревиатура была заменена на «Programmable Intelligent Computer».

Микроконтроллер Microchip 16C84 (PIC16x84), представленный в 1993 году, был первым ЦП Microchip со встроенной EEPROM-памятью. Эта электрически стираемая память сделала его дешевле, чем ЦП, требующие кварцевого «окна стирания» для стирания EPROM.

Архитектура ядра

Архитектура PIC характеризуется множеством атрибутов:

Раздельные пространства кода и данных (гарвардская архитектура).
Небольшое количество команд фиксированной длины
Большинство команд выполняются за один цикл (2 такта или 4 такта в 8-разрядных моделях), с одним циклом задержки на переходах и пропусках
Один аккумулятор (W0), использование которого (в качестве исходного операнда) подразумевается (т.е. не кодируется в коде операции)
Все ячейки ОЗУ функционируют как регистры, являющиеся как источником, так и приёмником математических и других операций.
Аппаратный стек для хранения адресов возврата
Небольшой объём адресуемого пространства данных (32, 128 или 256 байт в зависимости от семейства), расширяемый через банкинг
Отображённые в пространство данных регистры ЦП, портов и периферии
Флаги состояния АЛУ отображаются в пространство данных
Счётчик команд также отображается в пространство данных и доступен для записи (используется для реализации косвенных переходов).
Нет различия между пространством памяти и пространством регистров, потому что ОЗУ выполняет функции как памяти, так и регистров, и ОЗУ обычно называют просто регистровым файлом или просто регистрами.

 

Пространство данных (ОЗУ)

Микроконтроллеры PIC имеют набор регистров, которые функционируют как ОЗУ общего назначения. Регистры специального назначения для управления встроенными аппаратными ресурсами также отображаются в пространство данных. Адресуемость памяти варьируется в зависимости от серии устройств, и все устройства PIC имеют некоторый механизм банкинга для расширения адресации на дополнительную память. В более поздних сериях устройств есть команды перемещения, которые могут охватывать всё адресное пространство независимо от выбранного банка. В более ранних устройствах любое перемещение регистров должно было выполняться через аккумулятор.

Для реализации косвенной адресации используются «регистр выбора файла» (FSR) и «косвенный регистр» (INDF). Номер регистра записывается в FSR, после чего чтение из INDF или запись в INDF фактически будут выполняться в регистр, на который указывает FSR. В более поздних устройствах эта концепция была расширена с помощью пост- и пре-инкремента/декремента для повышения эффективности при доступе к последовательно хранящимся данным. Это также позволяет использовать FSR почти как указатель стека (SP).

Внешняя память данных не является непосредственно адресуемой, за исключением некоторых устройств PIC18 с большим количеством выводов.

Пространство кода

Пространство кода обычно реализовано как ПЗУ, EPROM или флэш-ПЗУ. В общем случае внешняя память кода не является непосредственно адресуемой из-за отсутствия внешнего интерфейса памяти. Исключениями являются PIC17 и отдельные устройства PIC18 с большим количеством выводов.

 

Размер слова

Все PIC обрабатывают (и адресуют) данные 8-разрядными блоками. Однако единица адресации пространства кода обычно не совпадает с пространством данных. Например, PIC в базовых (PIC12) и среднеразрядных (PIC16) семействах имеют адресацию памяти программ с тем же размером слова, что и ширина команды, т.е. 12 или 14 бит соответственно. В отличие от них, в серии PIC18 память программ адресуется 8-разрядными блоками (байтами), что отличается от ширины команды в 16 бит.

Для ясности ёмкость памяти программ обычно указывается в количестве (однословных) команд, а не в байтах.

Стеки

Микроконтроллеры PIC имеют аппаратный стек вызовов, который используется для сохранения адресов возврата. Аппаратный стек не был программно доступен в более ранних устройствах, но это изменилось с появлением серии 18.

Аппаратная поддержка стека параметров общего назначения отсутствовала в ранних сериях, но значительно улучшилась в серии 18, что сделало архитектуру серии 18 более удобной для компиляторов языков высокого уровня.

Система команд

Система команд PIC варьируется от около 35 команд для недорогих PIC до более 80 команд для высокопроизводительных PIC. Система команд включает инструкции для выполнения различных операций с регистрами напрямую, с аккумулятором и литеральной константой или с аккумулятором и регистром, а также для условного выполнения и переходов.

Некоторые операции, такие как установка и проверка битов, могут выполняться с любым пронумерованным регистром, но двуоперандные арифметические операции всегда включают W (аккумулятор), записывая результат обратно либо в W, либо в другой операнд-регистр. Для загрузки константы необходимо сначала загрузить её в W, прежде чем её можно будет переместить в другой регистр. В старых ядрах все перемещения регистров должны были проходить через W, но это изменилось в ядрах «высокого уровня».

Ядра PIC имеют команды пропуска, которые используются для условного выполнения и переходов. Команды пропуска: «пропустить, если бит установлен» и «пропустить, если бит не установлен». Поскольку ядра до PIC18 имели только безусловные команды перехода, условные переходы реализуются с помощью условного пропуска (с противоположным условием), за которым следует безусловный переход. Пропуски также полезны для условного выполнения любой следующей команды. Можно пропускать команды пропуска. Например, последовательность команд «пропустить, если A; пропустить, если B; C» выполнит C, если A истинно или если B ложно.

Серия 18 реализовала теневые регистры, которые сохраняют несколько важных регистров во время прерывания, обеспечивая аппаратную поддержку автоматического сохранения состояния процессора при обслуживании прерываний.

В общем, команды PIC делятся на 5 классов:

Операция с рабочим регистром (WREG) с 8-разрядным непосредственным («литеральным») операндом. Например, movlw (переместить литерал в WREG), andlw (И литерала с WREG). Одна команда, характерная для PIC, — retlw, загрузить непосредственное значение в WREG и вернуться, которая используется с вычисляемыми переходами для создания таблиц поиска.
Операция с WREG и индексным регистром. Результат может быть записан либо в рабочий регистр (например, addwf reg,w), либо в выбранный регистр (например, addwf reg,f).
Битовые операции. Они принимают номер регистра и номер бита и выполняют одно из 4 действий: установить или сбросить бит, проверить и пропустить при установке/сбросе. Последние используются для выполнения условных переходов. Обычные флаги состояния АЛУ доступны в нумерованном регистре, поэтому возможны такие операции, как «переход, если перенос сброшен».
Управление передачей. Кроме упомянутых ранее команд пропуска, есть только две: goto и call.
Несколько различных команд с нулевым операндом, таких как возврат из подпрограммы и sleep для перехода в режим пониженного энергопотребления.
Производительность. Архитектурные решения направлены на максимизацию соотношения скорости и стоимости. Архитектура PIC была одной из первых скалярных конструкций ЦП и до сих пор остается одной из самых простых и дешёвых. Гарвардская архитектура — в которой команды и данные поступают из разных источников — значительно упрощает синхронизацию и микро-схемотехнику, что благоприятно сказывается на тактовой частоте, цене и энергопотреблении.

Система команд PIC подходит для реализации быстрых таблиц поиска в пространстве программ. Такой поиск занимает одну команду и два цикла. Многие функции могут быть смоделированы таким образом. Оптимизация облегчается относительно большим пространством программ PIC (например, 4096 × 14-разрядных слов на 16F690) и дизайном системы команд, который допускает встроенные константы. Например, цель команды перехода может индексироваться W и выполнять «RETLW», которая делает именно то, что говорит — возврат с литералом в W.

Латентность прерываний постоянна — три цикла команды. Внешние прерывания должны быть синхронизированы с четырёхтактным циклом команды, иначе возможен джиттер в один цикл. Внутренние прерывания уже синхронизированы. Постоянная латентность прерываний позволяет PIC достигать временных последовательностей с низким джиттером, управляемых прерываниями. Примером может служить генератор синхроимпульсов видео. Это уже не так в новейших моделях PIC, потому что они имеют синхронную латентность прерываний в три или четыре цикла.

Преимущества

Небольшой набор команд для изучения
Архитектура RISC
Встроенный генератор с выбором скорости
Лёгкий входной уровень, внутрисхемное программирование и внутрисхемная отладка, устройства PICKit доступны менее чем за $50
Недорогие микроконтроллеры
Широкий спектр интерфейсов, включая I²C, SPI, USB, USART, АЦП, программируемые компараторы, ШИМ, LIN, CAN, PSP и Ethernet
Наличие процессоров в DIL-корпусах, что делает их удобными для любительского использования.
Ограничения. Один аккумулятор
Переключение банков регистров требуется для доступа ко всей ОЗУ многих устройств
Операции и регистры не ортогональны; некоторые команды могут адресовать ОЗУ и/или непосредственные константы, в то время как другие могут использовать только аккумулятор
Следующие ограничения стека были устранены в серии PIC18, но по-прежнему применимы к более ранним ядрам:

Аппаратный стек вызовов не адресуем, поэтому вытесняющая многозадачность не может быть реализована
Программно реализованные стеки неэффективны, поэтому трудно генерировать реентерабельный код и поддерживать локальные переменные
При страничной организации памяти программ есть два размера страниц: один для CALL и GOTO и другой для вычисляемого GOTO (обычно используемого для таблиц поиска). Например, на PIC16 CALL и GOTO имеют 11 бит адресации, поэтому размер страницы составляет 2048 слов команд. Для вычисляемых GOTO, где вы добавляете к PCL, размер страницы составляет 256 слов команд. В обоих случаях старшие биты адреса предоставляются регистром PCLATH. Этот регистр должен изменяться каждый раз при передаче управления между страницами. PCLATH также должен сохраняться любым обработчиком прерываний.

 

Разработка компиляторов

Хотя доступно несколько коммерческих компиляторов, в 2008 году Microchip выпустила свои собственные C-компиляторы, C18 и C30, для линеек 18F, 24F и 30/33F.

Простой для изучения набор команд RISC на языке ассемблера PIC может затруднить понимание общего потока. Разумное использование простых макросов может повысить читаемость языка ассемблера PIC. Например, оригинальный ассемблер Parallax PIC («SPASM») имеет макросы, которые скрывают W и делают PIC похожим на двухадресную машину. У него есть макрокоманды, такие как «mov b, a» (переместить данные из адреса a в адрес b) и «add b, a» (добавить данные из адреса a к данным в адресе b). Он также скрывает команды пропуска, предоставляя трёхоперандные макрокоманды перехода, такие как «cjne a, b, dest» (сравнить a и b и перейти к dest, если они не равны).

 

Архитектурные различия семейств ядер

Микросхемы PICmicro имеют гарвардскую архитектуру, и слова команд имеют необычные размеры. Первоначально 12-разрядные команды включали 5 бит адреса для указания операнда памяти и 9-битные адреса переходов. Позднее в ревизиях были добавлены биты кода операции, что позволило увеличить количество бит адреса.

Устройства базового ядра (12 бит). Эти устройства имеют 12-разрядную память кода, 32-байтовый регистровый файл и крошечный двухуровневый стек вызовов. Они представлены серией PIC10, а также некоторыми PIC12 и PIC16. Базовые устройства доступны в корпусах от 6 до 40 выводов.

Обычно первые 7-9 байтов регистрового файла являются специальными регистрами, а остальные байты — ОЗУ общего назначения. Указатели реализуются с использованием пары регистров: после записи адреса в FSR (регистр выбора файла) регистр INDF (косвенный f) становится псевдонимом адресуемого регистра. Если реализована банкированная ОЗУ, номер банка выбирается старшими 3 битами FSR. Это влияет на регистры 16-31; регистры 0-15 являются глобальными и не зависят от битов выбора банка.

Из-за очень ограниченного пространства регистров (5 бит), 4 редко читаемых регистра не были назначены адреса, но записывались специальными командами (OPTION и TRIS).

Адресное пространство ПЗУ составляет 512 слов (12 бит каждое), которое может быть расширено до 2048 слов с помощью банкинга. Команды CALL и GOTO указывают младшие 9 бит нового местоположения кода; дополнительные старшие биты берутся из регистра состояния. Обратите внимание, что команда CALL включает только 8 бит адреса и может указывать только на адреса в первой половине каждой 512-словной страницы.

Таблицы поиска реализуются с помощью вычисляемого GOTO (присваивание регистру PCL) в таблицу команд RETLW.

Система команд выглядит следующим образом. Номера регистров обозначаются как «f», в то время как константы обозначаются как «k». Номера битов (0-7) выбираются «b». Бит «d» выбирает назначение: 0 указывает на W, а 1 — что результат записывается обратно в исходный регистр f. Флаги C и Z устанавливаются на основе результата; в противном случае они не изменяются. Команды сложения и вычитания (но не сдвига), которые устанавливают C, также устанавливают флаг DC (цифровой перенос), перенос из бита 3 в бит 4, что полезно для BCD-арифметики.

Тот же код операции, что и 12-разрядный PIC
†: Команда, уникальная для набора команд EM78, не имеющая аналога в PIC

Некоторые модели поддерживают несколько банков ПЗУ или ОЗУ, аналогично другим микроконтроллерам PIC.

Устройства среднего ядра (14 бит)

Эти устройства имеют 14-разрядную память кода и улучшенный 8-уровневый стек вызовов. Система команд мало отличается от базовых устройств, но 2 дополнительных бита кода операции позволяют напрямую адресовать 128 регистров и 2048 слов кода. Есть несколько дополнительных команд и две дополнительные 8-разрядные литеральные команды — сложение и вычитание. Среднее ядро доступно в большинстве устройств, маркированных как PIC12 и PIC16.

Первые 32 байта пространства регистров выделены для специальных регистров; остальные 96 байтов используются для ОЗУ общего назначения. Если используется банкированная ОЗУ, старшие 16 регистров (0x70-0x7F) являются глобальными, как и некоторые из наиболее важных специальных регистров, включая регистр STATUS, который содержит биты выбора банка ОЗУ. (Другие глобальные регистры — это FSR и INDF, младшие 8 бит счётчика команд PCL, регистр предварительной загрузки старших битов PCL PCLATH и главный регистр управления прерываниями INTCON.)

Регистр PCLATH предоставляет старшие биты адреса команды, когда 8 бит, предоставляемых записью в регистр PCL, или 11 бит, предоставляемых командами GOTO или CALL, недостаточны для адресации доступного пространства ПЗУ.

Устройства улучшенного среднего ядра (14 бит)

Устройства улучшенного среднего ядра вводят более глубокий аппаратный стек, дополнительные методы сброса, 14 дополнительных команд и оптимизацию для языка программирования «C». В частности, есть два регистра INDF (INDF0 и INDF1) и две соответствующие пары регистров FSR (FSRnL и FSRnH). Специальные команды используют регистры FSRn как адресные регистры с различными режимами адресации.

14-битные улучшенные дополнительные команды PIC

13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0	Мнемоника	C?	Z?	Описание
0	0	0	0	0	0	0	код операции							Различные команды
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	RESET			Программный сброс
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0	CALLW			Запись PC в стек, затем переход на PCLATH:W
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	1	BRW			PC ← PC + W, относительный переход с использованием W
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	n	0	0	MOVIW ++FSRn		Z	Инкремент FSRn, затем W ← INDFn
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	n	0	1	MOVIW −−FSRn		Z	Декремент FSRn, затем W ← INDFn
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	n	1	0	MOVIW FSRn++		Z	W ← INDFn, затем инкремент FSRn
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	n	1	1	MOVIW FSRn−−		Z	W ← INDFn, затем декремент FSRn
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	n	m		MOVWI с использованием FSRn			INDFn ← W, те же режимы, что и MOVIW
0	0	0	0	0	0	0	0	1	k					MOVLB k			BSR ← k, переместить литерал в регистр выбора банка
1	1	код операции				d	регистр							Операции АЛУ: назначение ← OP(f,W)
1	1	0	1	0	1	d	f							LSLF f,d	C	Z	назначение ← f << 1, логический сдвиг влево
1	1	0	1	1	0	d	f							LSRF f,d	C	Z	назначение ← f >> 1, логический сдвиг вправо
1	1	0	1	1	1	d	f							ASRF f,d	C	Z	назначение ← f >> 1, арифметический сдвиг вправо
1	1	1	0	1	1	d	f							SUBWFB f,d	C	Z	назначение ← f + ~W + C, вычитание с переносом
1	1	1	1	0	1	d	f							ADDWFC f,d	C	Z	назначение ← f + W + C, сложение с переносом
1	1	код операции				k								Операции с литералом k
1	1	0	0	0	1	0	n	k						ADDFSR FSRn,k			FSRn ← FSRn + k, добавить 6-битное смещение со знаком
1	1	0	0	0	1	1	k							MOVLP k			PCLATH ← k, переместить 7-битный литерал в старший регистр защелки PC
1	1	0	0	1	k									BRA k			PC ← PC + k, относительный переход с использованием 9-битного смещения со знаком
1	1	1	1	1	1	0	n	k						MOVIW k[FSRn]		Z	W ← [FSRn+k], 6-битное смещение со знаком
1	1	1	1	1	1	1	n	k						MOVWI k[FSRn]			[FSRn+k] ← W, 6-битное смещение со знаком
13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0	Мнемоника	C?	Z?	Описание

Устройства высокого ядра PIC17 (16 бит)

Серия 17 никогда не стала популярной и была заменена архитектурой PIC18. Она не рекомендуется для новых разработок, и доступность может быть ограничена.

Улучшения по сравнению с более ранними ядрами: 16-разрядные коды операций (позволяющие много новых команд) и 16-уровневый стек вызовов. Устройства PIC17 выпускались в корпусах от 40 до 68 выводов.

Серия 17 представила ряд важных новых функций:

отображённый в память аккумулятор
чтение памяти кода (чтение таблиц)
прямые перемещения регистр-регистр (в более ранних ядрах нужно было перемещать регистры через аккумулятор)
внешний интерфейс памяти программ для расширения пространства кода
8-битный × 8-битный аппаратный умножитель
вторая пара косвенных регистров
автоинкремент/декремент, управляемый управляющими битами в регистре состояния (ALUSTA)
Устройства высокого ядра PIC18 (16 бит). Microchip представила архитектуру PIC18 в 2000 году. В отличие от серии 17, она оказалась очень популярной, с большим количеством вариантов устройств, производимых в настоящее время. В отличие от более ранних устройств, которые чаще программировались на ассемблере, C стал основным языком разработки.

Серия 18 наследует большинство функций и команд серии 17, добавляя ряд важных новых функций:

стек вызовов имеет ширину 21 бит и значительно глубже (31 уровень)
стек вызовов может быть прочитан и записан (регистры TOSU:TOSH:TOSL)
команды условного перехода
индексный режим адресации (PLUSW)
расширение регистров FSR до 12 бит, позволяющее им линейно адресовать всё пространство данных
добавление ещё одного регистра FSR (доводя их количество до 3)
Пространство ОЗУ имеет 12 бит, адресуется с использованием 4-битного регистра выбора банка и 8-битного смещения в каждой команде. Дополнительный бит «access» в каждой команде выбирает между банком 0 (a=0) и банком, выбранным BSR (a=1).

Также доступен 1-уровневый стек для регистров STATUS, WREG и BSR. Они сохраняются при каждом прерывании и могут быть восстановлены при возврате. Если прерывания отключены, они также могут использоваться при вызове/возврате из подпрограммы путём установки бита s (добавление «, FAST» к команде).

Функция автоинкремента/декремента была улучшена путём удаления управляющих битов и добавления четырёх новых косвенных регистров на каждый FSR. В зависимости от того, к какому косвенному файловому регистру осуществляется доступ, можно постдекрементировать, постинкрементировать или преинкрементировать FSR; или формировать эффективный адрес путём добавления W к FSR.

В более продвинутых устройствах PIC18 доступен «расширенный режим», который делает адресацию ещё более удобной для скомпилированного кода:

новый режим адресации со смещением; некоторые адреса, которые были относительными к банку доступа, теперь интерпретируются относительно регистра FSR2
добавление нескольких новых команд, особенно для управления регистрами FSR.
Эти изменения были в первую очередь направлены на повышение эффективности реализации стека данных. Если FSR2 используется либо как указатель стека, либо как указатель кадра, элементы стека могут быть легко индексированы, что позволяет создавать более эффективный реентерабельный код. Компилятор MPLAB C18 от Microchip выбирает использование FSR2 в качестве указателя кадра.

16-битные микроконтроллеры PIC24 и dsPIC

В 2001 году Microchip представила серию dsPIC, которая пошла в массовое производство в конце 2004 года. Это первые 16-битные микроконтроллеры Microchip. Устройства PIC24 предназначены как микроконтроллеры общего назначения. Устройства dsPIC включают возможности цифровой обработки сигналов.

Хотя они всё ещё похожи на более ранние архитектуры PIC, есть значительные улучшения:

Все регистры имеют ширину 16 бит
Пространство данных расширено до 64 Кбайт
Первые 2 Кбайт зарезервированы для управляющих регистров периферии
Переключение банков данных не требуется, если ОЗУ не превышает 62 Кбайт
Прямая адресация «f операнда» расширена до 13 бит (8 Кбайт)
Доступно 16 W-регистров для операций регистр-регистр.
(Но операции с f-операндами всегда ссылаются на W0.)

Счётчик программ имеет 22 бита (биты 22:1; бит 0 всегда 0)
Команды имеют ширину 24 бита
Команды бывают байтовыми (B=1) и (16-битными) словными (B=0)
Стек находится в ОЗУ (с W15 в качестве указателя стека); аппаратного стека нет
W14 — указатель кадра
Данные, хранящиеся в ПЗУ, могут быть доступны напрямую («Видимость пространства программ»)
Поддерживаются векторы прерываний для различных источников прерываний.
Некоторые функции:

аппаратный MAC (умножение-накопление)
циклический сдвиг
инверсия битов
(16×16)-битное умножение за один цикл и другие операции DSP
аппаратная помощь при делении (19 циклов для 16/32-битного деления)
аппаратная поддержка индексации циклов
прямой доступ к памяти
dsPIC могут программироваться на C с использованием компилятора C30 от Microchip, который является вариантом GCC.

ПЗУ команд имеет ширину 24 бита. Программное обеспечение может обращаться к ПЗУ 16-битными словами, где чётные слова содержат младшие 16 бит каждой команды, а нечётные слова содержат старшие 8 бит. Старшие половинки нечётных слов читаются как ноль. Счётчик программ имеет ширину 23 бита, но младший бит всегда 0, поэтому доступно 22 изменяемых бита.

Команды бывают двух основных видов. Один похож на классические команды PIC, с операцией между W0 и значением в указанном f-регистре (т.е. первые 8 Кбайт ОЗУ) и битом выбора назначения, определяющим, какой из них обновляется результатом. W-регистры отображаются в память, поэтому f-операнд может быть любым W-регистром.

Другая форма, новая для PIC24, указывает 3 W-операнда, 2 из которых допускают 3-битный режим адресации:

Режим адресации со смещением регистра доступен только для двуоперандных команд. Трёхоперандные команды используют Ww в качестве второго исходного операнда и используют эту кодировку для беззнакового 5-битного непосредственного источника. Обратите внимание, что тот же Ww может быть добавлен как к Wd, так и к Ws.

Некоторые команды занимают 2 слова. Второе слово — NOP, которое включает до 16 бит дополнительного непосредственного операнда.

 

32-битные микроконтроллеры PIC32

В ноябре 2007 года Microchip представила новое семейство 32-битных микроконтроллеров PIC32MX. Первая линейка устройств основана на отраслевом стандарте MIPS32 M4K Core. Устройство может программироваться с использованием компилятора MPLAB C Compiler для PIC32 MCU, варианта компилятора GCC. Первые 18 моделей, находящихся в производстве (PIC32MX3xx и PIC32MX4xx), совместимы по выводам и имеют тот же набор периферии, что и семейство PIC24FxxGA0xx (16-битных) устройств, что позволяет использовать общие библиотеки, программное и аппаратное обеспечение. Сегодня доступны устройства от 28 выводов в небольших QFN-корпусах до высокопроизводительных устройств с Ethernet, CAN и USB OTG, полный спектр среднеразрядных 32-битных микроконтроллеров.

Архитектура PIC32 привносит ряд новых функций в портфолио Microchip, включая:

Наивысшая скорость выполнения — 80 MIPS (120+ Dhrystone MIPS @ 80 МГц)
Наибольшая флэш-память: 512 Кбайт
Одна команда за такт
Первый процессор с кешем
Позволяет выполнение из ОЗУ
Возможности USB Full Speed Host/Dual Role и OTG
Полная JTAG и двухпроводная отладка и программирование
Трассировка в реальном времени
Варианты устройств и аппаратные функции. Устройства PIC обычно имеют:

Режим сна (экономия энергии).
Сторожевой таймер.
Различные конфигурации кварцевого или RC-генератора, либо внешний тактовый сигнал.
Варианты. В рамках серии существует множество вариантов устройств в зависимости от того, какие аппаратные ресурсы имеются на кристалле.

Выводы ввода-вывода общего назначения.
Внутренние тактовые генераторы.
8/16/32-битные таймеры.
Внутренняя EEPROM-память.
Синхронный/асинхронный последовательный интерфейс USART.
Периферия MSSP для связи I²C и SPI.
Модули захвата/сравнения и ШИМ.
Аналого-цифровые преобразователи (до ~1,0 МГц).
Поддержка интерфейсов USB, Ethernet, CAN.
Внешний интерфейс памяти.
Интегрированные аналоговые RF-микросхемы (PIC16F639 и rfPIC).
Периферия шифрования с роликовым кодом KEELOQ (кодирование/декодирование)
И многое другое.

Тенденции

Первое поколение PIC с EPROM-памятью почти полностью заменено микросхемами с флэш-памятью. Аналогично, оригинальный 12-битный набор команд PIC1650 и его прямых потомков был заменён 14-битными и 16-битными наборами команд. Microchip по-прежнему продаёт OTP (однократно программируемые) и с оконным кварцем (стираемые ультрафиолетом) версии некоторых своих PIC на основе EPROM для поддержки устаревших систем или крупных заказов. На веб-сайте Microchip указано, что PIC, которые не являются электрически стираемыми, являются OTP. Можно заказать версии этих микросхем с УФ-стиранием и кварцевым окном.

Суффиксы номеров деталей

Буква F в названии обычно означает, что PIC использует флэш-память и может быть стёрт электрически. И наоборот, буква C обычно означает, что его можно стереть только путём воздействия ультрафиолетом на кристалл (что возможно только в том случае, если используется корпус с кварцевым окном). Исключением из этого правила является PIC16C84, который использует EEPROM и поэтому электрически стирается.

Буква L в названии означает, что деталь работает при более низком напряжении, часто с ограничениями по частоте.

Детали, предназначенные специально для работы при низком напряжении, в строгом диапазоне 3-3,6 вольт, отмечены буквой J в номере детали. Эти детали также уникальны тем, что их выводы ввода-вывода допускают напряжение до 5 В.

 

Клоны PIC

Сторонние производители выпускают совместимые продукты, например, Parallax SX.

Инструменты разработки

Microchip предоставляет бесплатную среду IDE под названием MPLAB, которая включает ассемблер, компоновщик, программный симулятор и отладчик. Они также продают C-компиляторы для PIC18 и dsPIC, которые чисто интегрируются с MPLAB. Также доступны бесплатные студенческие версии C-компиляторов со всеми функциями. Но для бесплатных версий оптимизация будет отключена через 60 дней.

Несколько сторонних производителей выпускают C-компиляторы для PIC, многие из которых интегрируются с MPLAB и/или имеют собственную IDE. Полнофункциональный компилятор для языка PICBASIC для программирования микроконтроллеров PIC доступен от meLabs, Inc. Mikroelektronika предлагает PIC-компиляторы на языках C, Basic и Pascal.

Существует язык графического программирования Flowcode, способный программировать 8- и 16-битные устройства PIC и генерировать совместимый с PIC код на C. Он существует в нескольких версиях — от бесплатной демонстрационной до более полной профессиональной версии.

Единственным открытым компилятором для семейства PIC16 и PIC18 является SDCC. Он использует GPutils для инструментов компоновщика и ассемблера. Для установки в MPLAB или MPLABX требуется плагин.

Инструменты разработки для семейства PIC доступны под лицензией GPL или другими лицензиями на бесплатное программное обеспечение или открытый исходный код.

Программаторы устройств

Устройства, называемые «программаторами», традиционно используются для загрузки программного кода в целевой PIC. Большинство PIC, которые Microchip продаёт в настоящее время, имеют возможности ICSP (внутрисхемное последовательное программирование) и/или LVP (низковольтное программирование), позволяющие программировать PIC, пока он находится в целевой схеме. ICSP-программирование выполняется с использованием двух выводов — тактового и данных, при этом на выводе Vpp/MCLR присутствует высокое напряжение (12 В). Низковольтное программирование не требует высокого напряжения, но резервирует вывод ввода-вывода и может быть отключено для освобождения вывода для других целей (после отключения его можно повторно включить только с помощью высоковольтного программирования).

Существует множество программаторов для микроконтроллеров PIC, от чрезвычайно простых конструкций, которые полагаются на ICSP для прямой загрузки кода с хост-компьютера, до интеллектуальных программаторов, которые могут проверять устройство при нескольких напряжениях питания. Многие из этих сложных программаторов сами используют предварительно запрограммированный PIC для отправки команд программирования на PIC, который нужно запрограммировать. Интеллектуальный тип программатора необходим для программирования более ранних моделей PIC (в основном EPROM-типа), которые не поддерживают внутрисхемное программирование.

Многие из более новых PIC на основе флэш-памяти также могут само-программироваться (записывать в собственную память программ). Доступны демонстрационные платы с заводским загрузчиком, который можно использовать для загрузки пользовательских программ через интерфейс, такой как RS-232 или USB, что устраняет необходимость в программаторе. Также доступна прошивка загрузчика, которую пользователь может загрузить в PIC с помощью ICSP. Преимуществами загрузчика по сравнению с ICSP являются гораздо более высокая скорость программирования, немедленное выполнение программы после программирования и возможность как отладки, так и программирования по одному кабелю.

Программаторы/отладчики доступны непосредственно от Microchip. Сторонние программаторы варьируются от схем для самостоятельной сборки до наборов для самостоятельной сборки и полностью протестированных готовых устройств. Некоторые из них представляют собой простые конструкции, для которых требуется ПК для выполнения низкоуровневой сигнализации программирования (обычно они подключаются к последовательному или параллельному порту и состоят из нескольких простых компонентов), в то время как другие имеют встроенную логику программирования (обычно используют последовательное или USB-соединение, обычно быстрее и часто построены на самих PIC для управления).

PICKit 2 клоны и открытый исходный код

PICKit 2 был интересным программатором PIC от Microchip. Он может программировать все PIC и отлаживать большинство PIC (по состоянию на май 2009 года семейство PIC32 не поддерживается для отладки MPLAB). С момента первых выпусков все исходные коды программного обеспечения (прошивка, ПК-приложение) и аппаратные схемы открыты для публики. Это делает относительно простым для конечного пользователя модификацию программатора для использования с операционной системой, отличной от Windows, такой как Linux или Mac OS. В то же время это создало множество интересов к DIY и клонов. Эта открытая структура принесла сообществу PICKit 2 множество функций, таких как Programmer-to-Go, UART Tool и Logic Tool, которые были добавлены пользователями PICKit 2. Пользователи также добавили такие функции, как возможность Programmer-to-go на 4 МБ, цепи USB buck/boost, разъёмы типа RJ12 и другие.

 

Отладка

Программная эмуляция

Существуют коммерческие и бесплатные эмуляторы для процессоров семейства PIC.

Внутрисхемная отладка

В более поздних моделях PIC есть интерфейс ICD (внутрисхемная отладка), встроенный в ядро ЦП. Отладчики ICD (MPLAB ICD2 и другие сторонние) могут общаться с этим интерфейсом, используя три линии. Эта дешёвая и простая система отладки имеет свою цену, а именно ограниченное количество точек останова (1 на старых PIC, 3 на новых PIC), потерю некоторых выводов ввода-вывода (за исключением некоторых 44-выводных PIC в поверхностном монтаже, у которых есть выделенные линии для отладки) и потерю некоторых функций микросхемы. Для небольших PIC, где потеря выводов ввода-вывода, вызванная этим методом, была бы неприемлемой, производятся специальные переходные модули, оснащённые PIC с дополнительными выводами, специально предназначенными для отладки.

Внутрисхемные эмуляторы

Microchip предлагает три полноценных внутрисхемных эмулятора: MPLAB ICE2000 (параллельный интерфейс, доступен USB-конвертер); более новый MPLAB ICE4000 (подключение USB 2.0); и, наконец, REAL ICE. Все эти инструменты ICE можно использовать с MPLAB IDE для полноценной отладки на уровне исходного кода кода, выполняющегося на целевом устройстве.

ICE2000 требует модулей эмуляции, а тестовое оборудование должно обеспечивать разъём, который может принимать либо модуль эмуляции, либо производственное устройство.

REAL ICE подключается непосредственно к производственным устройствам, которые поддерживают внутрисхемную эмуляцию через интерфейс программирования PGC/PGD или через высокоскоростное соединение, использующее два дополнительных вывода. По данным Microchip, он поддерживает «большинство» PIC на основе флэш-памяти, PIC24 и dsPIC.

ICE4000 больше не рекламируется напрямую на веб-сайте Microchip, и на странице покупки указано, что он не рекомендуется для новых разработок.

 

  11AA010 11AA020 11AA02E48 11AA040 11AA080 11AA160 11AA161 11LC010 11LC020 11LC040 11LC080 11LC160 11LC161 23A1024 23A256 23A512 23A640 23K256 23K640 23LC1024 23LC512 23LCV1024 23LCV512 24AA00 24AA01 24AA014 24AA014H 24AA01H 24AA02 24AA024 24AA024H 24AA025 24AA025E48 24AA025E64 24AA02E48 24AA02E64 24AA02H 24AA04 24AA04H 24AA08 24AA08H 24AA1025 24AA1026 24AA128 24AA16 24AA16H 24AA256 24AA32 24AA32A 24AA32AF 24AA512 24AA515 24AA52 24AA64 24AA64F 24AA65 24C00 24C01C 24C02C 24C65 24FC1025 24FC1026 24FC128 24FC256 24FC512 24FC515 24FC64 24LC00 24LC014 24LC014H 24LC01B 24LC01BH 24LC024 24LC024H 24LC025 24LC02B 24LC02BH 24LC04B 24LC04BH 24LC08B 24LC08BH 24LC1025 24LC1026 24LC128 24LC16B 24LC16BH 24LC21 24LC21A 24LC22A 24LC256 24LC32A 24LC32AF 24LC512 24LC515 24LC64 24LC64F 24LC65 24LCS21A 24LCS22A 24LCS52 24VL014 24VL014H 24VL024 24VL024H 24VL025 25A512 25AA010A 25AA020A 25AA02E48 25AA02E64 25AA040 25AA040A 25AA080 25AA080A 25AA080AB 25AA080B 25AA080C 25AA080D 25AA1024 25AA128 25AA160 25AA160A 25AA160AB 25AA160B 25AA160C 25AA160D 25AA256 25AA320 25AA320A 25AA512 25AA640 25AA640A 25C040 25C080 25C160 25C320 25C640 25LC010A 25LC020A 25LC040 25LC040A 25LC080 25LC080A 25LC080AB 25LC080B 25LC080C 25LC080D 25LC1024 25LC128 25LC160 25LC160A 25LC160AB 25LC160B 25LC160C 25LC160D 25LC256 25LC320 25LC320A 25LC512 25LC640 25LC640A 34AA02 34LC02 34VL02 93AA46 93AA46A 93AA46B 93AA46C 93AA56 93AA56A 93AA56B 93AA56C 93AA66 93AA66A 93AA66B 93AA66C 93AA76 93AA76A 93AA76B 93AA76C 93AA86 93AA86A 93AA86B 93AA86C 93C46A 93C46B 93C46C 93C56A 93C56B 93C56C 93C66A 93C66B 93C66C 93C76 93C76A 93C76B 93C76C 93C86 93C86A 93C86B 93C86C 93LC46 93LC46A 93LC46B 93LC46C 93LC56 93LC56A 93LC56B 93LC56C 93LC66 93LC66A 93LC66B 93LC66C 93LC76 93LC76A 93LC76B 93LC76C 93LC86 93LC86A 93LC86B 93LC86C AR1010 AR1011 AR1020 AR1021 AR1100 AR1100BRD ENC28J60 ENC424J600 ENC624J600 MCP100 MCP101 MCP102 MCP103 MCP111 MCP112 MCP120 MCP121 MCP1252 MCP1252-33X50 MCP1252-ADJ MCP1253-33X50 MCP1253-ADJ MCP1256 MCP1257 MCP1258 MCP1259 MCP130 MCP131 MCP1316 MCP1316M MCP1317 MCP1318 MCP1318M MCP1319 MCP1319M MCP1320 MCP1321 MCP1322 MCP1403 MCP1404 MCP1405 MCP1406 MCP1407 MCP1416 MCP14628 MCP14E3 MCP14E4 MCP14E5 MCP1541 MCP1601 MCP1602 MCP1603 MCP1612 MCP1623 MCP1624 MCP16251 MCP1630 MCP16301 MCP1631 MCP1631HV MCP1631V MCP1631VHV MCP16321 MCP16322 MCP16323 MCP1640 MCP1650 MCP1651 MCP1652 MCP1653 MCP1700 MCP1701 MCP1701A MCP1702 MCP1703 MCP1710 MCP1726 MCP1790 MCP1791 MCP1801 MCP1802 MCP1824 MCP1825 MCP1825S MCP1826 MCP1826S MCP1827 MCP1827S MCP19035 MCP19110 MCP19111 MCP19114 MCP19115 MCP2003 MCP2004 MCP201 MCP2021 MCP2022 MCP2030 MCP2120 MCP2122 MCP2140 MCP2140A MCP2150 MCP2155 MCP2200 MCP2210 MCP23008 MCP23017 MCP23S08 MCP23S17 MCP25020 MCP25025 MCP25050 MCP25055 MCP2510 MCP2515 MCP2551 MCP3001 MCP3002 MCP3004 MCP3008 MCP3021 MCP3201 MCP3202 MCP3204 MCP3208 MCP3221 MCP3301 MCP3302 MCP3304 MCP3421 MCP3422 MCP3423 MCP3424 MCP3425 MCP3426 MCP3427 MCP3428 MCP3550-50 MCP3550-60 MCP3551 MCP3553 MCP3901 MCP3903 MCP3905 MCP3905A MCP3905L MCP3906 MCP3906A MCP3909 MCP3911 MCP4011 MCP4012 MCP4013 MCP4014 MCP4021 MCP4022 MCP4023 MCP4024 MCP41010 MCP41050 MCP41100 MCP4131 MCP4132 MCP4141 MCP4142 MCP4151 MCP4152 MCP4161 MCP4162 MCP42010 MCP42050 MCP42100 MCP4231 MCP4232 MCP4241 MCP4242 MCP4251 MCP4252 MCP4261 MCP4262 MCP4331 MCP4341 MCP4351 MCP4361 MCP4531 MCP4532 MCP4541 MCP4542 MCP4551 MCP4552 MCP4561 MCP4562 MCP4631 MCP4632 MCP4641 MCP4642 MCP4651 MCP4652 MCP4661 MCP4662 MCP4706 MCP4716 MCP4725 MCP4726 MCP4728 MCP4821 MCP4822 MCP4921 MCP4922 MCP6001 MCP6002 MCP6004 MCP601 MCP602 MCP6021 MCP6022 MCP6023 MCP6024 MCP603 MCP6031 MCP6032 MCP6033 MCP6034 MCP604 MCP6041 MCP6042 MCP6043 MCP6044 MCP6051 MCP6052 MCP6054 MCP606 MCP6061 MCP6062 MCP6064 MCP607 MCP6071 MCP6072 MCP6074 MCP608 MCP609 MCP6141 MCP6142 MCP6143 MCP6144 MCP616 MCP617 MCP618 MCP619 MCP621 MCP622 MCP6231 MCP6231R MCP6231U MCP6232 MCP6234 MCP6241 MCP6241R MCP6241U MCP6242 MCP6244 MCP625 MCP6271 MCP6271R MCP6272 MCP6273 MCP6274 MCP6275 MCP6281 MCP6281R MCP6282 MCP6283 MCP6284 MCP6285 MCP6291 MCP6291R MCP6292 MCP6293 MCP6294 MCP6295 MCP635 MCP651 MCP652 MCP6541 MCP6542 MCP6543 MCP6544 MCP6546 MCP6547 MCP6548 MCP6549 MCP655 MCP661 MCP662 MCP663 MCP665 MCP6G01 MCP6G01R MCP6G01U MCP6G02 MCP6G03 MCP6H04 MCP6L2 MCP6N11 MCP6S21 MCP6S22 MCP6S26 MCP6S28 MCP6S91 MCP6S92 MCP6V01 MCP6V02 MCP6V03 MCP6V06 MCP6V07 MCP6V08 MCP6V26 MCP6V27 MCP73113 MCP73123 MCP73213 MCP73223 MCP73826 MCP73827 MCP73828 MCP73830 MCP73830L MCP73831 MCP73832 MCP73833 MCP73834 MCP73837 MCP73838 MCP73841 MCP73842 MCP73843 MCP73844 MCP73853 MCP73855 MCP73861 MCP73862 MCP73863 MCP73864 MCP73871 MCP79400 MCP79401 MCP79402 MCP7940N MCP79410 MCP79411 MCP79412 MCP809 MCP810 MCP9504 MCP9700 MCP9700A MCP9701 MCP9701A MCP9800 MCP9801 MCP9802 MCP9803 MCP9804 MCP9805 MCP98242 MCV08A MCV14A MCV18A MCV18E MCV201B MCV202B MCV20USB MCV282B MCV283B MCV28A MCV442B MCV443B MRF24J40 MRF24J40MA MRF24J40MB MRF24J40MC MRF24WB0MA MRF24WB0MB MRF24WG0MA MRF24WG0MB MRF24XA MRF49XA MRF89XA MRF89XAM8A MRF89XAM9A MTCH6301 MTD6505 MTS2916A MTS62C19A PIC14000 PS500 PS810 RE46C190 RFPIC12C509AF RFPIC12C509AG RFPIC12F675F RFPIC12F675H RFPIC12F675K RN131 RN171 RN41 RN42 SST25LF020A SST25VF010A SST25VF016B SST25VF020 SST25VF020B SST25VF032B SST25VF040B SST25VF080B SST25VF512A TC1014 TC1015 TC1016 TC1017 TC1025 TC1026 TC1028 TC1029 TC1030 TC1034 TC1035 TC1037 TC1039 TC1040 TC1041 TC1043 TC1044S TC1046 TC1047 TC1047A TC105 TC1054 TC1055 TC1070 TC1071 TC1072 TC1073 TC110 TC1107 TC1108 TC1121 TC115 TC1173 TC1174 TC1185 TC1186 TC1187 TC1188 TC1189 TC1219 TC1220 TC1221 TC1222 TC1223 TC1224 TC1232 TC1240 TC1240A TC125 TC126 TC1263 TC1265 TC1266 TC1269 TC1270A TC1270AN TC1271A TC1272 TC1272A TC1273 TC1274 TC1275 TC1276 TC1277 TC1278 TC1279 TC1300 TC1301A TC1301B TC1302A TC1302B TC1303A TC1303B TC1303C TC1304 TC1320 TC1321 TC1410 TC1410N TC1411 TC1411N TC1412 TC1412N TC1413 TC1413N TC1426 TC1427 TC1428 TC2014 TC2015 TC2054 TC2055 TC2185 TC2186 TC426 TC427 TC428 TC429 TC4403 TC4404 TC4405 TC4420 TC4421 TC4421A TC4422 TC4422A TC4423 TC4423A TC4424 TC4424A TC4425 TC4425A TC4426 TC4426A TC4427 TC4427A TC4428 TC4428A TC4429 TC4431 TC4432 TC4451 TC4452 TC4467 TC4626 TC4627 TC51 TC52 TC55 TC59 TC620 TC621 TC622 TC623 TC624 TC682 TC7650 TC7652 TC7660 TC7660H TC7660S TC7662A TC7662B TC77 TC962 TCM809 TCM810 TCM828 TCM829 TCN75 TCN75A

Общие вопросы об извлечении прошивок микроконтроллеров

---

• Безопасно ли отправлять платежи в MikaTech?

  Если бы MikaTech была недобросовестной компанией, в интернете можно было бы найти множество негативных отзывов о её услугах за 28 лет истории

  Итак, ответ — ДА! Мы хорошие люди.

  Почему выбирают Mikatech, пожалуйста нажмите здесь, чтобы узнать
  

  
  
• Может ли Mikatech взламывать микросхемы, не указанные на этом сайте?

  У разных производителей микросхем разные номера деталей, но внутреннее ядро микросхемы может быть выполнено по одной технологии, было бы совершенно невозможно перечислить все номера деталей, где может применяться наша технология, такие как MYSON, STK, FEELING, ANALOG, FUJITSU, NOVATEK, LG/HYNDAI.
  
  Также с развитием технологий мы ежедневно накапливаем всё больше опыта и разрабатываем новые методы обратного инжиниринга для различных интегральных схем. Полный список номеров интегральных схем, входящих в нашу компетенцию, постоянно растёт, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы узнать.

• Будет ли моя конфиденциальность защищена?

  Mikatech Innovative Limited понимает важность конфиденциальности своих клиентов. В момент обращения в Mikatech ваша личная информация будет помещена под защиту наших управленческих регламентов, разработанных за годы практики. Mikatech использует эту информацию для настройки своих услуг под вас и никогда не раскрывает её третьим лицам по какой-либо причине.
  По каждому выполненному проекту мы удаляем все данные, материалы и коды через 60 дней после передачи файлов — это защищает нас и вашу конфиденциальность.

• Законно ли пользоваться услугами Mikatech?

  Да, это абсолютно законно.
  Mikatech предоставляет свои услуги по обратному инжинирингу только в образовательных целях. В некоторых странах или регионах использование вышеуказанных услуг может быть незаконным, пожалуйста, проверьте местные законы. Mikatech не несёт ответственности за использование вышеуказанных услуг, которое может быть признано незаконным.

  
  
• Я отправил вам письмо, почему нет ответа?

  • A. Наш почтовый сервер временно вышел из строя, ваше сообщение не было доставлено в наш почтовый ящик, даже если на экране отображается сообщение об успешной отправке, пожалуйста, свяжитесь с нами снова.
  • B. Наш email распознаётся как спам вашим почтовым сервером, поэтому наш ответ был отклонён вашим сервером или перенаправлен в папку со спамом, пожалуйста, удалите наш аккаунт из спам-листа или проверьте папку со спамом, либо используйте другой email для связи, например gmail.
  • C. Ваш email распознаётся как спам нашим почтовым сервером, поэтому ваше письмо попало в папку со спамом, пожалуйста, используйте другой email для связи с нами.

• Извлечение прошивки через отладочные порты

  Отладочные интерфейсы, такие как JTAG и SWD, важны для разработки, но они также являются «чёрными ходами». Блокировка MCU часто полагается на аутентификацию отладки. Если злоумышленник может обойти эту аутентификацию, он может напрямую выгрузить флэш и EEPROM. Считывание данных из EEPROM-процессора — это стандартная команда отладки. Многие MCU реализуют механизм блокировки, который отключает доступ к отладке. Эта блокировка обычно представляет собой бит-предохранитель. После его пережигания доступ к отладке отключается навсегда. Однако некоторые MCU допускают временную разблокировку по паролю. Пароль хранится в защищённой области. Злоумышленник может попытаться подобрать пароль перебором. Или использовать уязвимость в процедуре проверки пароля. Блокировка MCU уязвима для атак по времени при сравнении паролей. Если сравнение завершается досрочно при несовпадении, злоумышленник может угадывать байт за байтом. Операторы LockBit использовали такие техники для разблокировки MCU. Они зондируют отладочный интерфейс, отправляя кандидаты паролей. Время ответа показывает правильность каждого байта. Этот метод позволяет избежать декапсуляции и восстановления кода. Он неразрушающий. Злоумышленник также может использовать сбои напряжения на сигнале разрешения отладки. Сбой может заставить MCU войти в режим отладки без аутентификации. Это распространённый вектор атак с внесением неисправностей. После активации режима отладки злоумышленник может читать любые ячейки памяти. Он может копировать содержимое криптографической памяти, выполняя команды чтения. Он также может выгрузить всю флэш-память. Обратный инжиниринг микроконтроллеров часто начинается с анализа отладочного интерфейса. Первый шаг — идентифицировать выводы отладки. Эти выводы обычно мультиплексируются с GPIO. Злоумышленнику необходимо установить правильную конфигурацию выводов. У некоторых MCU есть загрузчик, который включает отладку после последовательности сброса. Последовательность может включать подтягивание определённых выводов к высокому или низкому уровню. Злоумышленник может воспроизвести эту последовательность. Извлечение прошивки через отладку быстрое и надёжное. Оно даёт двоичный образ, который можно дизассемблировать. Блокировка MCU предназначена для предотвращения этого. Но многие разработчики оставляют отладочный интерфейс открытым в производстве. Они считают, что бита блокировки достаточно. Однако бит блокировки может быть сброшен командой массового стирания. Некоторые MCU разрешают массовое стирание только если установлена блокировка. Но если блокировка не установлена, массовое стирание не требуется. Злоумышленник может просто читать. В некоторых MCU бит блокировки хранится в EEPROM. Считывание EEPROM-процессора может раскрыть статус блокировки. Но злоумышленник может просто попытаться прочитать. Если доступ запрещён, он пробует сбой. Комбинация отладки и сбоев эффективна. Декапсуляция и восстановление кода — это крайние меры. Блокировка MCU также может быть обойдена через переполнение буфера в драйвере отладки. Драйвер работает на высоком уровне привилегий. Если злоумышленник отправляет слишком большой пакет, он может перезаписать адрес возврата. Это перенаправляет выполнение на процедуру выгрузки памяти. Злоумышленник затем выполняет эту процедуру. Это программная атака, а не аппаратная. Она полностью обходит блокировку. LockBit и другие группы разработали такие эксплойты для популярных семейств MCU. Они обмениваются ими на подпольных форумах. Для защиты производители MCU должны усилить прошивку отладки. Они также должны ограничить команды отладки, доступные после аутентификации. Некоторые MCU реализуют протокол «вызов-ответ». Хост должен доказать знание секрета. Этот секрет уникален для каждого чипа. Без него доступ к отладке невозможен. Секрет хранится в однократно программируемой (OTP) памяти. Считывание EEPROM-процессора не может извлечь OTP-биты, потому что они не читаются электрически. Они физически пережжены. Однако злоумышленник всё равно может попытаться извлечь секрет через побочные каналы. Или он может обойти протокол, вызвав сбой в конечном автомате. Конечный автомат, управляющий аутентификацией отладки, часто прост. Один сбой может перевести его из состояния «заблокировано» в «разблокировано». Это классическая уязвимость. Поэтому некоторые MCU реализуют выделенный сопроцессор безопасности для аутентификации отладки. Этот сопроцессор имеет собственную блокировку. Он защищён от сбоев. Он также включает сторожевой таймер, который сбрасывает систему, если аутентификация занимает слишком много времени. Эти меры повышают планку. Но они не устраняют угрозу. Злоумышленник всё равно может использовать декапсуляцию для прямого чтения OTP-битов. Или использовать электронную микроскопию для визуализации пережжённых предохранителей. Таким образом, блокировка MCU — это многоуровневая проблема. Каждый уровень имеет свои слабости. Отладочный интерфейс — самый доступный уровень. Он является первой целью для многих злоумышленников. Для защиты производителям следует отключать отладку навсегда в производстве. Это самая простая и эффективная мера. Однако она предотвращает обновления в полевых условиях и отладку отказов. Поэтому компромисс — разрешить отладку только после предъявления физического токена. Токен может быть криптографическим ключом, хранящимся в отдельном защищённом элементе. MCU проверяет токен по защищённому каналу. Это подход, используемый во многих автомобильных MCU. Считывание EEPROM-процессора не требуется, потому что ключ не находится в MCU. Выгрузка флэш и EEPROM через отладку становится невозможной без ключа. Декапсуляция и восстановление кода не могут извлечь ключ, потому что он внешний. Копирование содержимого криптографической памяти остаётся возможным, если MCU сам хранит ключи. Но эти ключи могут быть зашифрованы внешним ключом. Поэтому злоумышленник должен также перехватить внешний ключ. Это повышает сложность. Обратный инжиниринг таких систем гораздо сложнее. Извлечение прошивки даёт только зашифрованные данные. Злоумышленник также должен провести обратный инжиниринг протокола защищённого канала. Это грозная задача. В заключение, отладочные интерфейсы являются серьёзной уязвимостью блокировки MCU. Они позволяют быстро выгружать флэш и EEPROM, считывать EEPROM-процессор и копировать содержимое криптографической памяти. Без надлежащей аутентификации извлечение прошивки становится тривиальным. Индустрия должна внедрить надёжные механизмы аутентификации и рассмотреть возможность постоянного отключения для высокозащищённых продуктов.