Desbloqueio de Microcontroladores Intel

Sobre a Intel Corporation

A Intel, fabricante americana de circuitos semicondutores para computadores, tem sede em Santa Clara, Califórnia, e dominou o mercado global de CPUs no início do século XXI. O nome da empresa vem de integrated electronics.

Um microcontrolador (MCU, de microcontroller unit) é um pequeno computador num único chip de circuito integrado (IC) de semicondutor de óxido metálico (MOS). Na terminologia moderna, é semelhante a, mas menos sofisticado do que, um system on a chip (SoC); um SoC pode incluir um microcontrolador como um dos seus componentes. Um microcontrolador contém uma ou mais CPUs (núcleos de processador), juntamente com memória e periféricos de entrada/saída programáveis. A memória de programa sob a forma de RAM ferroelétrica, NOR flash ou ROM OTP também é frequentemente incluída no chip, bem como uma pequena quantidade de RAM. Como a memória de programa é armazenada no chip, a extração de firmware de um microcontrolador normalmente requer um programador que compreenda a tecnologia de memória específica. Os microcontroladores são concebidos para aplicações embebidas, em contraste com os microprocessadores utilizados em computadores pessoais ou outras aplicações de uso geral compostas por vários chips discretos.

O microcontrolador 8051 foi concebido pela Intel em 1981. É um microcontrolador de 8 bits, construído com 40 pinos DIP (dual inline package), 4 KB de armazenamento ROM e 128 bytes de armazenamento RAM, e 2 temporizadores de 16 bits. É constituído por quatro portas paralelas de 8 bits, programáveis e endereçáveis conforme a necessidade. Um oscilador de cristal no chip está integrado no microcontrolador, com frequência de cristal de 12 MHz. Um dump de memória da ROM interna do 8051 pode ser capturado com um programador de dispositivos compatível para inspeção.

Vamos agora discutir a arquitetura do microcontrolador 8051. No diagrama seguinte, o barramento de sistema liga todos os dispositivos de suporte à CPU. O barramento de sistema é constituído por um barramento de dados de 8 bits, um barramento de endereços de 16 bits e sinais de controlo do barramento. Todos os outros dispositivos, como memória de programa, portas, memória de dados, interface serial, controlo de interrupções, temporizadores e a CPU, são todos interligados através do barramento de sistema. Dominar este mapa de barramentos é a chave para desbloquear toda a capacidade de cada periférico ligado à CPU.

Os microcontroladores são divididos em várias categorias com base na memória, arquitetura, bits e conjuntos de instruções:

Bit:
Microcontrolador de 8 bits – Este tipo de microcontrolador é utilizado para executar operações aritméticas e lógicas como adição, subtração, multiplicação, divisão, etc. Por exemplo, o Intel 8031 e o 8051 são microcontroladores de 8 bits.
Microcontrolador de 16 bits – Este tipo de microcontrolador é utilizado para realizar operações aritméticas e lógicas onde é necessária maior precisão e desempenho. Por exemplo, o Intel 8096 é um microcontrolador de 16 bits.
Microcontrolador de 32 bits – Este tipo de microcontrolador é geralmente utilizado em aparelhos de controlo automático, como máquinas operacionais automáticas, aparelhos médicos, etc.

Memória:
Microcontrolador de memória externa – Este tipo de microcontrolador é concebido de forma a não ter memória de programa no chip. Por isso, é designado microcontrolador de memória externa. Por exemplo: microcontrolador Intel 8031.
Microcontrolador de memória embebida – Este tipo de microcontrolador é concebido de forma a que todos os programas e memória de dados, contadores e temporizadores, interrupções e portas de E/S estejam embebidos no chip. Por exemplo: microcontrolador Intel 8051.

Conjunto de Instruções:
CISC – CISC significa complex instruction set computer (computador de conjunto de instruções complexo). Permite ao utilizador inserir uma única instrução como alternativa a muitas instruções simples.
RISC – RISC significa Reduced Instruction Set Computers (computadores de conjunto de instruções reduzido). Reduz o tempo operacional ao encurtar o ciclo de relógio por instrução.

Descrição dos pinos do 8051:
Pinos 1 a 8 – Porta 1, E/S bidirecional.
Pino 9 – pino RESET.
Pinos 10 a 17 – Porta 3, com funções alternativas (interrupções, temporizador, serial, etc.).
Pinos 18 e 19 – oscilador de cristal externo.
Pino 20 – massa (GND).
Pinos 21 a 28 – Porta 2, também barramento de endereços superior.
Pino 29 – PSEN (Program Store Enable).
Pino 30 – EA (External Access).
Pino 31 – ALE (Address Latch Enable).
Pinos 32 a 39 – Porta 0, endereço/dados multiplexados.
Pino 40 – VCC. Estudar estes pinos também é importante para quem avalia a superfície de ataque de uma placa 8051 legada.

Intel MCS-48 – Introduzido em 1976. O microcontrolador Intel 8048, o primeiro microcontrolador da Intel, foi utilizado na consola de videojogos Magnavox Odyssey2 (como um 8021 a 100 kHz) e (na sua variante 8042) no teclado do IBM PC original. O 8048 é provavelmente o membro mais proeminente da família MCS-48 de microcontroladores da Intel. Foi inspirado pelo, e é algo semelhante ao, microprocessador Fairchild F8. O MCS-48 tem mais de 90 instruções, sendo 90% delas de um único byte. O 8048 tem uma arquitetura Harvard modificada, com ROM de programa interna ou externa e 64 C256 bytes de RAM interna. Embora o 8048 tenha sido eventualmente substituído pelo 8051, permanece popular devido ao baixo custo e à ampla disponibilidade. Como o 8048 ainda é encontrado em equipamento legado, a engenharia reversa do seu código é uma tarefa comum para quem restaura hardware antigo.

Intel MCS-41 – Introduzido em 1979. Os MCS-41 são controladores escravos comummente utilizados para controlo de teclados ou outras tarefas simples, como controlo de ADC. O Intel UPI-41/42 é uma Interface Periférica Universal de uso geral que permite aos projetistas criar a sua própria solução personalizada para o controlo de dispositivos periféricos. Contém um microcomputador de baixo custo com 2K de memória de programa, 128 bytes de memória de dados, temporizador/contador de 8 bits e gerador de relógio num único encapsulamento de 40 pinos.

Intel MCS-51 – Introduzido em 1980. A Família MCS-51 inclui 2 temporizadores e 4 portas, bem como 128 bytes ou mais de RAM integrada. O 51 é um dos MCUs mais populares do mercado. Atualmente é fabricado a velocidades de até 100 MHz pela SiLabs, enquanto a Intel continua a fabricá-los até 33 MHz. O conjunto de instruções padrão do MCS-51 tem 111 instruções, com 64 delas a executar em ciclo único. Podem suportar até 64k de programa externo e 54k de espaço de memória externa. A família MCS-51 é agora fabricada por dezenas de empresas (AMD, Atmel, Dallas, Infineon, SiLabs, Philips e muitas outras). Como tantos fabricantes produzem peças MCS-51, as diferenças nos seus esquemas de proteção de código têm sido estudadas ao longo dos anos, e alguns foram quebrados.

Intel 8xC251 – Baseado na arquitetura de microcontroladores MCS 251 de alto desempenho. São compatíveis em código binário e pinos com os microcontroladores MCS 51 existentes, oferecendo até 15 vezes mais desempenho.

Intel MCS-96 – Introduzido em 1982. Os produtos 8XC196 são encontrados em várias aplicações embebidas. A arquitetura de registo-a-registo de alto desempenho é adequada para aplicações complexas de controlo em tempo real, como unidades de disco rígido, modems, impressoras, reconhecimento de padrões e controlo de motores. A arquitetura de registos do MCS-96 elimina o gargalo do acumulador e permite uma rápida mudança de contexto. A arquitetura rica em registos também permite aos engenheiros montar eficientes ciclos de controlo em tempo real com muito pouco overhead.