Laboratorio MikaTech - Diapositiva
Inicio del laboratorio MikaTech
Sala de decapsulado de MCU
Acerca de MikaTech
El tiempo pasó rápido, desde el día en que realizamos nuestro primer proyecto de ingeniería inversa de MCU 8051 en 1998, hasta el día en que establecimos nuestro laboratorio de ingeniería inversa de un millón de dólares en 2012, pasaron 14 años. Ahora comenzamos nuestro nuevo negocio de desarrollo de sistemas visuales embebidos, esperamos poder servir otros 10 años.
Peter Lee
Co-fundador y CEO
Los PIC son populares tanto entre los desarrolladores industriales como entre los aficionados debido a su bajo costo, amplia disponibilidad, gran base de usuarios, extensa colección de notas de aplicación, disponibilidad de herramientas de desarrollo de bajo costo o gratuitas, y su capacidad de programación serie (y reprogramación con memoria flash). También se utilizan comúnmente en la programación educativa, ya que a menudo vienen con el software 'pic logicator' fácil de usar.
El PIC original fue diseñado para usarse con la nueva CPU de 16 bits de General Instrument, la CP1600. Si bien era una CPU generalmente buena, la CP1600 tenía un rendimiento de E/S deficiente, y el PIC de 8 bits se desarrolló en 1975 para mejorar el rendimiento del sistema general descargando tareas de E/S de la CPU. El PIC usaba microcódigo simple almacenado en ROM para realizar sus tareas, y aunque el término no se usaba en ese momento, comparte algunas características comunes con los diseños RISC.
En 1985, General Instrument escindió su división de microelectrónica y la nueva propiedad canceló casi todo, que para entonces estaba en su mayoría obsoleto. Sin embargo, el PIC se actualizó con EPROM interna para producir un controlador de canal programable, y hoy en día existe una gran variedad de PIC disponibles con varios periféricos a bordo (módulos de comunicación serie, UART, núcleos de control de motores, etc.) y memoria de programa desde 256 palabras hasta 64k palabras y más (una "palabra" es una instrucción de lenguaje ensamblador, que varía de 12, 14 o 16 bits según la familia de microcontroladores PIC específica).
PIC y PICmicro son marcas registradas de Microchip Technology. Generalmente se cree que PIC significa Peripheral Interface Controller, aunque el acrónimo original de General Instruments para los primeros dispositivos PIC1640 y PIC1650 era "Programmable Interface Controller". El acrónimo fue rápidamente reemplazado por "Programmable Intelligent Computer".
El Microchip 16C84 (PIC16x84), introducido en 1993, fue el primer CPU de Microchip con memoria EEPROM en el chip. Esta memoria eléctricamente borrable hizo que costara menos que los CPU que requerían una "ventana de borrado" de cuarzo para borrar la EPROM.
La evolución de la arquitectura PIC refleja no solo el progreso tecnológico, sino también la creciente preocupación por la protección del código en sistemas embebidos. A medida que estos microcontroladores pasaron de EPROM a EEPROM y luego a flash, los métodos para asegurar el firmware almacenado también avanzaron, aunque siempre han sido un objetivo para los esfuerzos de ingeniería inversa. Muchos aficionados y profesionales por igual han explorado los **fusibles** internos que controlan los permisos de lectura, buscando comprender cómo se puede eludir el mecanismo de **bloqueo** cuando se pierde el acceso legítimo. De hecho, la capacidad de **desbloquear** un PIC después de una contraseña olvidada o un bit de seguridad mal configurado se ha convertido en un área de estudio especializada, que a menudo requiere sondaje físico o inyección de fallos para realizar una **extracción de firmware** exitosa. Este proceso, aunque técnicamente desafiante, ha sido ampliamente documentado en la comunidad, lo que demuestra que incluso un **microcontrolador** bien protegido no es inmune a un adversario decidido con las herramientas y el conocimiento adecuados.
Durante los primeros días del 16C84, la tecnología EEPROM trajo no solo conveniencia sino también un nuevo conjunto de consideraciones de seguridad. A diferencia de sus predecesores EPROM, que podían borrarse con luz UV a través de una ventana, las celdas EEPROM se borraban eléctricamente, lo que dificultaba el borrado accidental del dispositivo, pero también introducía nuevas vías para ataques de canal lateral. Los investigadores de seguridad se dieron cuenta rápidamente de que los **fusibles** de configuración podían sondearse y, en algunos casos, un glitch de voltaje cuidadosamente sincronizado podía deshabilitar temporalmente el estado de **bloqueo**, permitiendo una **lectura** no autorizada de la memoria de programa. Esta vulnerabilidad era particularmente preocupante para las aplicaciones industriales que dependían del PIC para almacenar algoritmos propietarios, ya que un ataque exitoso podría conducir al robo de propiedad intelectual y a la capacidad de **duplicar** todo el comportamiento del sistema.
A lo largo de los años, Microchip respondió a estas amenazas agregando esquemas de protección más robustos, como cifrado avanzado del contenido flash y circuitos de detección de manipulación. Sin embargo, la compensación fundamental entre la accesibilidad para la programación legítima y la resistencia al acceso no autorizado sigue siendo un desafío persistente. Muchos PIC modernos incluyen ahora múltiples niveles de **fusibles** de seguridad que se pueden programar para evitar cualquier **lectura** externa de la memoria, incluso a través de la interfaz de depuración. Algunos dispositivos incluso cuentan con un modo "seguro" donde los **fusibles** se funden permanentemente, lo que hace prácticamente imposible **desbloquear** el dispositivo sin un decapsulado destructivo. Sin embargo, la historia de la **ingeniería inversa** en estos chips muestra que ninguna medida es completamente infalible; los investigadores han demostrado técnicas que utilizan haces de iones focalizados y corte con láser para alterar físicamente los estados de los fusibles, logrando así una **extracción de firmware** completa y exponiendo el código previamente oculto.
La popularidad de los PIC tanto en la educación como en la industria significa que una gran cantidad de código heredado aún se ejecuta en estos dispositivos, gran parte del cual nunca se protegió con las configuraciones de seguridad más sólidas. Para los aficionados, la capacidad de **duplicar** un diseño funcional a partir de un chip bloqueado puede ser un desafío tentador, mientras que para los profesionales subraya la importancia de comprender las limitaciones de la seguridad basada en hardware. El proceso de **extracción de firmware** de un PIC a menudo comienza con un análisis cuidadoso de la hoja de datos para identificar la ubicación y función de cada fusible de seguridad, seguido de experimentos prácticos con la programación y lectura del dispositivo bajo diversas condiciones de voltaje y temperatura. Algunos entusiastas incluso han construido programadores personalizados que intentan explotar debilidades de temporización en el protocolo de comunicación serie para forzar una secuencia de **desbloqueo**, aunque estos métodos dependen en gran medida de la familia y revisión específica del PIC.
Cuando se lanzó el PIC16C84, el concepto de EEPROM en el chip para el almacenamiento de programas fue revolucionario, ya que permitía a los diseñadores actualizar su firmware sin necesidad de costosos borradores UV. Esta flexibilidad, sin embargo, conllevaba el riesgo de que un actor malintencionado también pudiera reescribir la memoria si obtenía acceso físico a los pines de programación. Para mitigar esto, Microchip introdujo el fusible de "protección de código", que, cuando se activaba, impedía cualquier **lectura** externa de la memoria de programa. Pero como descubrió la comunidad, esta protección no era absoluta; por ejemplo, algunas revisiones tempranas permitían la **lectura** de la palabra de configuración incluso cuando el código estaba bloqueado, proporcionando pistas para futuros ataques. Con el tiempo, la empresa refinó el diseño, pero el juego del gato y el ratón entre los ingenieros de seguridad y los expertos en **ingeniería inversa** continuó, impulsando la innovación en ambos lados.
Hoy en día, el ecosistema PIC incluye dispositivos con aceleradores criptográficos de hardware, cargadores de arranque seguros e incluso funciones físicas no clonables (PUF) para mejorar la seguridad. Sin embargo, muchos de los principios fundamentales permanecen sin cambios: los **fusibles** que rigen el acceso siguen siendo estructuras físicas dentro del silicio, y su estado puede manipularse en las condiciones adecuadas. Los atacantes avanzados pueden emplear técnicas como el análisis de potencia o la inyección de fallos electromagnéticos para corromper temporalmente el estado de **bloqueo** durante una secuencia de arranque, lo que permite una única operación de **lectura** que vuelca toda la flash. Esto es particularmente efectivo contra piezas más antiguas que carecen de las contramedidas modernas que se encuentran en las últimas familias XLP y dsPIC. Para los sistemas heredados aún en producción, el riesgo de **extracción de firmware** es una preocupación real, lo que lleva a muchas empresas a considerar reemplazos de hardware o capas adicionales de ofuscación de software.
La historia del PIC también destaca una lección recurrente en la seguridad del hardware: la conveniencia a menudo va en detrimento de la protección. La interfaz de programación serie, que facilitaba a los desarrolladores **duplicar** y distribuir su código, también proporcionaba un punto de entrada potencial para los atacantes. Al analizar el protocolo de comunicación y la máquina de estados interna, los investigadores han encontrado formas de eludir el **bloqueo** inyectando secuencias de comandos específicas que los diseñadores nunca anticiparon. Es por eso que los PIC modernos incluyen características como la protección de "lectura durante escritura" y la generación dinámica de claves para frustrar dichos intentos. Sin embargo, incluso con estas mejoras, la física fundamental del silicio dicta que cualquier bit almacenado puede ser eventualmente accedido si se invierte suficiente esfuerzo y recursos, un hecho que todo diseñador de sistemas debe tener en cuenta al elegir un **microcontrolador** para aplicaciones sensibles.
En el contexto del control industrial y los sistemas automotrices, donde un **microcontrolador** comprometido podría provocar riesgos de seguridad, la integridad del firmware es primordial. Por lo tanto, los fabricantes a menudo combinan la seguridad del hardware con firmas criptográficas para asegurar que incluso si un atacante realiza una **extracción de firmware**, no pueda modificar y regrabar el código sin ser detectado. Este enfoque en capas eleva significativamente el listón, pero no elimina el riesgo por completo. Como hemos visto con generaciones anteriores, un adversario decidido eventualmente encontrará una vulnerabilidad, ya sea a través de los **fusibles**, la fuente de alimentación o la temporización de las operaciones. La clave es hacer que el costo del ataque supere el valor del activo protegido, un principio que ha guiado la evolución de la seguridad PIC desde el principio.
Para educadores y estudiantes, el estudio de la seguridad PIC ofrece un ejemplo tangible de cómo los conceptos teóricos en la arquitectura de computadoras se traducen en vulnerabilidades del mundo real. Al experimentar con técnicas de **ingeniería inversa** en modelos más antiguos y menos protegidos, los estudiantes pueden obtener una apreciación más profunda de los desafíos que enfrentan los diseñadores de sistemas embebidos. También pueden practicar la **extracción de firmware** en un entorno controlado, aprendiendo a **desbloquear** un dispositivo por medios legítimos (por ejemplo, usando la secuencia de programación correcta) y luego explorar las consecuencias de dejar los **fusibles** de seguridad sin activar. Tales experiencias prácticas son invaluables para formar a la próxima generación de ingenieros que diseñarán los sistemas seguros del futuro.
En conclusión, el viaje del PIC desde un simple coprocesador de E/S hasta una familia de **microcontroladores** altamente capaz y segura refleja la trayectoria más amplia de la industria de los semiconductores. La lucha constante entre la facilidad de uso y la protección ha llevado a un rico ecosistema de herramientas, técnicas y conocimientos compartidos en foros y artículos académicos. Ya sea que sea un aficionado que busca **duplicar** un diseño vintage o un profesional que protege un producto de un millón de dólares, comprender los entresijos del mecanismo de **bloqueo** y el potencial de la **ingeniería inversa** es esencial. A medida que se descubren y parchean nuevas vulnerabilidades, el PIC sigue siendo una plataforma vibrante para la innovación y la educación, demostrando que incluso los chips más comunes pueden enseñarnos lecciones profundas sobre la naturaleza de la seguridad.
Además, la adopción generalizada de los PIC en electrónica de consumo, desde hornos microondas hasta controles remotos, significa que muchos dispositivos cotidianos dependen de la integridad de su firmware. Una **extracción de firmware** exitosa de una sola unidad podría conducir a la producción masiva **duplicada** de productos falsificados, socavando la confianza en la marca y los ingresos. Este incentivo económico impulsa tanto a los atacantes como a los defensores a refinar continuamente sus métodos. Si bien Microchip ha logrado avances significativos en la mitigación de estos riesgos, el legado del 16C84 y sus sucesores sirve como un recordatorio de que la seguridad es un proceso, no un destino. Cada nueva característica, ya sea un núcleo de CPU más rápido o una jerarquía de memoria más compleja, introduce nuevas superficies de ataque potenciales que deben analizarse cuidadosamente.
En última instancia, la historia del PIC es de resiliencia y adaptación. Desde sus humildes comienzos como un controlador basado en ROM hasta su estado actual como una familia de **microcontroladores** rica en funciones, el PIC ha sobrevivido a innumerables cambios tecnológicos. Sus mecanismos de seguridad han evolucionado junto con las amenazas, pero los principios fundamentales del **bloqueo** basado en hardware y los **fusibles** siguen siendo centrales en su funcionamiento. Para cualquier persona involucrada en el diseño embebido, una comprensión exhaustiva de estos mecanismos no es solo académica; es una necesidad práctica para garantizar la seguridad y fiabilidad de sus productos. Y como hemos visto, incluso los dispositivos más seguros pueden ser objeto de **ingeniería inversa** con suficiente tiempo y experiencia, por lo que la mejor defensa es siempre un equipo de diseño bien informado y vigilante.
PIC12Fxx/PIC12LFxx serie completa: PIC12F1501 PIC12F1571 PIC12F1572 PIC12F1822 PIC12F1840 PIC12F508 PIC12F509 PIC12F510 PIC12F519 PIC12F529T39A PIC12F529T48A PIC12F609 PIC12F615 PIC12F617 PIC12F629 PIC12F635 PIC12F675 PIC12F683 PIC12F752 PIC12LF1501 PIC12LF1552 PIC12LF1822 PIC12LF1840 PIC12LF1840T39A PIC12LF1840T48A PIC12HV609 PIC12HV615 PIC12HV752 ...
PIC12Cxx/PIC12CExx serie completa: PIC12C508 PIC12C508A PIC12C509 PIC12C509A PIC12C671 PIC12C672 PIC12CE518 PIC12CE519 PIC12CE625 PIC12CE673 PIC12CE674 PIC12CR509A ...
PIC16Cxx/PIC16CExx/PIC16CRxx serie completa: PIC16C432 PIC16C433 PIC16C505 PIC16C52 PIC16C54 PIC16C54A PIC16C54B PIC16C54C PIC16C55 PIC16C554 PIC16C557 PIC16C558 PIC16C55A PIC16C56 PIC16C56A PIC16C57 PIC16C57C PIC16C58A PIC16C58B PIC16C620 PIC16C620A PIC16C621 PIC16C621A PIC16C622 PIC16C622A PIC16C62A PIC16C62B PIC16C63 PIC16C63A PIC16C642 PIC16C64A PIC16C65A PIC16C65B PIC16C66 PIC16C662 PIC16C67 PIC16C71 PIC16C710 PIC16C711 PIC16C712 PIC16C715 PIC16C716 PIC16C717 PIC16C72 PIC16C72A PIC16C73A PIC16C73B PIC16C745 PIC16C74A PIC16C74B PIC16C76 PIC16C765 PIC16C77 PIC16C770 PIC16C771 PIC16C773 PIC16C774 PIC16C781 PIC16C782 PIC16C923 PIC16C924 PIC16C925 PIC16C926 PIC16CE623 PIC16CE624 PIC16CE625 PIC16CR54 PIC16CR54A PIC16CR54C PIC16CR56A PIC16CR57C PIC16CR58B PIC16CR62 PIC16CR620A PIC16CR63 PIC16CR64 PIC16CR65 PIC16CR72 PIC16CR73 PIC16CR74 PIC16CR76 PIC16CR77 PIC16CR83 PIC16CR84 PIC16CR926 ...
PIC16Fxx/PIC16LFxx/PIC16HVxx serie completa: PIC16F1454 PIC16F1455 PIC16F1459 PIC16F1503 PIC16F1507 PIC16F1508 PIC16F1509 PIC16F1512 PIC16F1513 PIC16F1516 PIC16F1517 PIC16F1518 PIC16F1519 PIC16F1526 PIC16F1527 PIC16F1782 PIC16F1783 PIC16F1784 PIC16F1786 PIC16F1787 PIC16F1788 PIC16F1789 PIC16F1823 PIC16F1824 PIC16F1825 PIC16F1826 PIC16F1827 PIC16F1828 PIC16F1829 PIC16F1847 PIC16F1933 PIC16F1934 PIC16F1936 PIC16F1937 PIC16F1938 PIC16F1939 PIC16F1946 PIC16F1947 PIC16F505 PIC16F506 PIC16F526 PIC16F527 PIC16F54 PIC16F57 PIC16F570 PIC16F59 PIC16F610 PIC16F616 PIC16F627 PIC16F627A PIC16F628 PIC16F628A PIC16F630 PIC16F631 PIC16F636 PIC16F639 PIC16F648A PIC16F676 PIC16F677 PIC16F684 PIC16F685 PIC16F687 PIC16F688 PIC16F689 PIC16F690 PIC16F707 PIC16F716 PIC16F72 PIC16F720 PIC16F721 PIC16F722 PIC16F722A PIC16F723 PIC16F723A PIC16F724 PIC16F726 PIC16F727 PIC16F73 PIC16F737 PIC16F74 PIC16F747 PIC16F753 PIC16F76 PIC16F767 PIC16F77 PIC16F777 PIC16F785 PIC16F818 PIC16F819 PIC16F83 PIC16F84 PIC16F84A PIC16F87 PIC16F870 PIC16F871 PIC16F872 PIC16F873 PIC16F873A PIC16F874 PIC16F874A PIC16F876 PIC16F876A PIC16F877 PIC16F877A PIC16F88 PIC16F882 PIC16F883 PIC16F884 PIC16F886 PIC16F887 PIC16F913 PIC16F914 PIC16F916 PIC16F917 PIC16F946 PIC16LF505 PIC16LF506 PIC16LF526 PIC16LF527 PIC16LF54 PIC16LF57 PIC16LF570 PIC16LF59 PIC16LF610 PIC16LF616 PIC16LF627 PIC16LF627A PIC16LF628 PIC16LF628A PIC16LF630 PIC16LF631 PIC16LF636 PIC16LF639 PIC16LF648A PIC16LF676 PIC16LF677 PIC16LF684 PIC16LF685 PIC16LF687 PIC16LF688 PIC16LF689 PIC16LF690 PIC16LF707 PIC16LF716 PIC16LF72 PIC16LF720 PIC16LF721 PIC16LF722 PIC16LF722A PIC16LF723 PIC16LF723A PIC16LF724 PIC16LF726 PIC16LF727 PIC16LF73 PIC16LF737 PIC16LF74 PIC16LF747 PIC16LF753 PIC16LF76 PIC16LF767 PIC16LF77 PIC16LF777 PIC16LF785 PIC16LF818 PIC16LF819 PIC16LF83 PIC16LF84 PIC16LF84A PIC16LF87 PIC16LF870 PIC16LF871 PIC16LF872 PIC16LF873 PIC16LF873A PIC16LF874 PIC16LF874A PIC16LF876 PIC16LF876A PIC16LF877 PIC16LF877A PIC16LF88 PIC16LF882 PIC16LF883 PIC16LF884 PIC16LF886 PIC16LF887 PIC16LF913 PIC16LF914 PIC16LF916 PIC16LF917 PIC16LF946 PIC16HV540 PIC16HV610 PIC16HV616 PIC16HV753 PIC16HV785 PIC16LF1454 PIC16LF1455 PIC16LF1459 PIC16LF1503 PIC16LF1507 PIC16LF1508 PIC16LF1509 PIC16LF1512 PIC16LF1513 PIC16LF1516 PIC16LF1517 PIC16LF1518 PIC16LF1519 PIC16LF1526 PIC16LF1527 PIC16LF1782 PIC16LF1783 PIC16LF1784 PIC16LF1786 PIC16LF1787 PIC16LF1788 PIC16LF1789 PIC16LF1823 PIC16LF1824 PIC16LF1824T39A PIC16LF1825 PIC16LF1826 PIC16LF1827 PIC16LF1828 PIC16LF1829 PIC16LF1847 PIC16LF1902 PIC16LF1903 PIC16LF1904 PIC16LF1906 PIC16LF1907 PIC16LF1933 PIC16LF1934 PIC16LF1936 PIC16LF1937 PIC16LF1938 PIC16LF1939 PIC16LF1946 PIC16LF1947 ...
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PIC32xx serie completa: PIC32MX110F016B PIC32MX110F016C PIC32MX110F016D PIC32MX120F032B PIC32MX120F032C PIC32MX120F032D PIC32MX130F064B PIC32MX130F064C PIC32MX130F064D PIC32MX150F128B PIC32MX150F128C PIC32MX150F128D PIC32MX210F016B PIC32MX210F016C PIC32MX210F016D PIC32MX220F032B PIC32MX220F032C PIC32MX220F032D PIC32MX230F064B PIC32MX230F064C PIC32MX230F064D PIC32MX250F128B PIC32MX250F128C PIC32MX250F128D PIC32MX320F032H PIC32MX320F064H PIC32MX320F128H PIC32MX320F128L PIC32MX330F064H PIC32MX330F064L PIC32MX340F128H PIC32MX340F128L PIC32MX340F256H PIC32MX340F512H PIC32MX350F128H PIC32MX350F128L PIC32MX350F256H PIC32MX350F256L PIC32MX360F256L PIC32MX360F512L PIC32MX420F032H PIC32MX430F064H PIC32MX430F064L PIC32MX440F128H PIC32MX440F128L PIC32MX440F256H PIC32MX440F512H PIC32MX450F128H PIC32MX450F128L PIC32MX450F256H PIC32MX450F256L PIC32MX460F256L PIC32MX460F512L PIC32MX534F064H PIC32MX534F064L PIC32MX564F064H PIC32MX564F064L PIC32MX564F128H PIC32MX564F128L PIC32MX575F256H PIC32MX575F256L PIC32MX575F512H PIC32MX575F512L PIC32MX664F064H PIC32MX664F064L PIC32MX664F128H PIC32MX664F128L PIC32MX675F256H PIC32MX675F256L PIC32MX675F512H PIC32MX675F512L PIC32MX695F512H PIC32MX695F512L PIC32MX764F128H PIC32MX764F128L PIC32MX775F256H PIC32MX775F256L PIC32MX775F512H PIC32MX775F512L PIC32MX795F512H PIC32MX795F512L
dsPIC30Fxx serie completa: dsPIC30F1010 dsPIC30F2010 dsPIC30F2011 dsPIC30F2012 dsPIC30F2020 dsPIC30F2023 dsPIC30F3010 dsPIC30F3011 dsPIC30F3012 dsPIC30F3013 dsPIC30F3014 dsPIC30F4011 dsPIC30F4012 dsPIC30F4013 dsPIC30F5011 dsPIC30F5013 dsPIC30F5015 dsPIC30F5016 dsPIC30F6010 dsPIC30F6010A dsPIC30F6011 dsPIC30F6011A dsPIC30F6012 dsPIC30F6012A dsPIC30F6013 dsPIC30F6013A dsPIC30F6014 dsPIC30F6014A dsPIC30F6015 ...
HCSxx serie: HCS300 HCS301 HCS360 HCS361 HCS362 HCS412 HCS500 HCS512 HCS515...
La arquitectura PIC se caracteriza por sus múltiples atributos:
Espacios de código y datos separados (arquitectura Harvard).
Un número reducido de instrucciones de longitud fija
La mayoría de las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo (2 ciclos de reloj, o 4 ciclos de reloj en modelos de 8 bits), con un ciclo de retardo en saltos y omisiones
Un acumulador (W0), cuyo uso (como operando fuente) está implícito (es decir, no está codificado en el opcode)
Todas las ubicaciones de RAM funcionan como registros tanto como fuente y/o destino de operaciones matemáticas y de otro tipo.[6]
Una pila de hardware para almacenar direcciones de retorno
Una pequeña cantidad de espacio de datos direccionable (32, 128 o 256 bytes, según la familia), ampliado mediante bancos
Registros de CPU, puertos y periféricos mapeados en el espacio de datos
Los flags de estado de la ALU están mapeados en el espacio de datos
El contador de programa también está mapeado en el espacio de datos y es escribible (esto se usa para implementar saltos indirectos).
No hay distinción entre el espacio de memoria y el espacio de registros porque la RAM sirve como memoria y registros, y la RAM se conoce comúnmente como el archivo de registros o simplemente como los registros.
Espacio de datos (RAM): Los PIC tienen un conjunto de registros que funcionan como RAM de propósito general. Los registros de control de propósito especial para los recursos de hardware en el chip también están mapeados en el espacio de datos. La direccionabilidad de la memoria varía según la serie de dispositivos, y todos los PIC tienen algún mecanismo de banqueo para extender el direccionamiento a memoria adicional. Las series posteriores de dispositivos cuentan con instrucciones de movimiento que pueden cubrir todo el espacio direccionable, independientemente del banco seleccionado. En dispositivos anteriores, cualquier movimiento de registro debía realizarse a través del acumulador.
Para implementar el direccionamiento indirecto, se utilizan un "registro de selección de archivo" (FSR) y un "registro indirecto" (INDF). Se escribe un número de registro en el FSR, después de lo cual las lecturas o escrituras en INDF se dirigirán al registro apuntado por FSR. Los dispositivos posteriores extendieron este concepto con incremento/decremento previo y posterior para una mayor eficiencia en el acceso a datos almacenados secuencialmente. Esto también permite que FSR sea tratado casi como un puntero de pila (SP).
La memoria de datos externa no es directamente direccionable excepto en algunos dispositivos PIC18 de alto número de pines.
Espacio de código: El espacio de código se implementa generalmente como ROM, EPROM o flash ROM. En general, la memoria de código externa no es directamente direccionable debido a la falta de una interfaz de memoria externa. Las excepciones son PIC17 y algunos dispositivos PIC18 de alto número de pines.[7]
Tamaño de palabra: Todos los PIC manejan (y direccionan) datos en bloques de 8 bits. Sin embargo, la unidad de direccionabilidad del espacio de código no es generalmente la misma que la del espacio de datos. Por ejemplo, los PIC de las familias base (PIC12) y de gama media (PIC16) tienen memoria de programa direccionable en el mismo tamaño de palabra que el ancho de instrucción, es decir, 12 o 14 bits respectivamente. En contraste, en la serie PIC18, la memoria de programa se direcciona en incrementos de 8 bits (bytes), que difiere del ancho de instrucción de 16 bits.
Para ser claros, la capacidad de la memoria de programa se suele indicar en número de instrucciones (de una sola palabra), en lugar de en bytes.
Pilas: Los PIC tienen una pila de llamadas de hardware, que se utiliza para guardar las direcciones de retorno. La pila de hardware no es accesible por software en dispositivos anteriores, pero esto cambió con los dispositivos de la serie 18.
El soporte de hardware para una pila de parámetros de propósito general era escaso en las series tempranas, pero mejoró mucho en la serie 18, haciendo que la arquitectura 18 sea más amigable para compiladores de lenguajes de alto nivel.
Conjunto de instrucciones: Las instrucciones de un PIC varían desde unas 35 instrucciones para los PIC de gama baja hasta más de 80 instrucciones para los PIC de gama alta. El conjunto de instrucciones incluye instrucciones para realizar diversas operaciones en registros directamente, el acumulador y una constante literal, o el acumulador y un registro, así como para la ejecución condicional y la bifurcación de programas.
Algunas operaciones, como el establecimiento y prueba de bits, se pueden realizar en cualquier registro numerado, pero las operaciones aritméticas de dos operandos siempre involucran a W (el acumulador), escribiendo el resultado de vuelta a W o al otro registro operando. Para cargar una constante, es necesario cargarla en W antes de que pueda moverse a otro registro. En los núcleos más antiguos, todos los movimientos de registro debían pasar por W, pero esto cambió en los núcleos de "gama alta".
Los núcleos PIC tienen instrucciones de salto que se utilizan para la ejecución condicional y la bifurcación. Las instrucciones de salto son 'saltar si el bit está establecido' y 'saltar si el bit no está establecido'. Debido a que los núcleos anteriores al PIC18 solo tenían instrucciones de bifurcación incondicional, los saltos condicionales se implementan con un salto condicional (con la condición opuesta) seguido de una bifurcación incondicional. Los saltos también son útiles para la ejecución condicional de cualquier instrucción única inmediata siguiente. Es posible saltar sobre instrucciones de salto. Por ejemplo, la secuencia de instrucciones "saltar si A; saltar si B; C" ejecutará C si A es verdadero o si B es falso.
La serie 18 implementó registros de sombra que guardan varios registros importantes durante una interrupción, proporcionando soporte de hardware para guardar automáticamente el estado del procesador al atender interrupciones.
En general, las instrucciones PIC se dividen en 5 clases:
Operación con el registro de trabajo (WREG) con un operando inmediato de 8 bits ("literal"). Ej: movlw (mover literal a WREG), andlw (AND literal con WREG). Una instrucción peculiar del PIC es retlw, cargar inmediato en WREG y retornar, que se usa con bifurcaciones calculadas para producir tablas de búsqueda.
Operación con WREG y registro indexado. El resultado puede escribirse en el registro de trabajo (ej. addwf reg,w) o en el registro seleccionado (ej. addwf reg,f).
Operaciones de bits. Toman un número de registro y un número de bit, y realizan una de 4 acciones: establecer o borrar un bit, y probar y saltar en establecido/borrado. Estos últimos se utilizan para realizar bifurcaciones condicionales. Los flags de estado habituales de la ALU están disponibles en un registro numerado, por lo que son posibles operaciones como "bifurcar si el acarreo está borrado".
Transferencias de control. Aparte de las instrucciones de salto mencionadas anteriormente, solo hay dos: goto y call.
Algunas instrucciones misceláneas de cero operandos, como retorno de subrutina y sleep para entrar en modo de bajo consumo.
Rendimiento: Las decisiones arquitectónicas están dirigidas a maximizar la relación velocidad-costo. La arquitectura PIC fue uno de los primeros diseños de CPU escalares,[cita requerida] y sigue siendo una de las más simples y económicas. La arquitectura Harvard, en la que las instrucciones y los datos provienen de fuentes separadas, simplifica enormemente la temporización y el diseño de microcircuitos, y esto beneficia la velocidad de reloj, el precio y el consumo de energía.
El conjunto de instrucciones PIC es adecuado para la implementación de tablas de búsqueda rápidas en el espacio de programa. Tales búsquedas toman una instrucción y dos ciclos de instrucción. Muchas funciones pueden modelarse de esta manera. La optimización se facilita por el espacio de programa relativamente grande del PIC (ej. 4096 × 14-bit palabras en el 16F690) y por el diseño del conjunto de instrucciones, que permite constantes embebidas. Por ejemplo, el objetivo de una instrucción de bifurcación puede ser indexado por W, y ejecutar una "RETLW" que hace lo que su nombre indica: retornar con el literal en W.
La latencia de interrupción es constante en tres ciclos de instrucción. Las interrupciones externas deben sincronizarse con el ciclo de instrucción de cuatro relojes; de lo contrario, puede haber un jitter de un ciclo de instrucción. Las interrupciones internas ya están sincronizadas. La latencia constante de interrupción permite a los PIC lograr secuencias de temporización de baja fluctuación impulsadas por interrupciones. Un ejemplo de esto es un generador de pulsos de sincronización de video. Esto ya no es cierto en los modelos PIC más nuevos, porque tienen una latencia de interrupción síncrona de tres o cuatro ciclos.
Ventajas: Conjunto de instrucciones pequeño para aprender
Arquitectura RISC
Oscilador incorporado con velocidades seleccionables
Fácil nivel de entrada, programación en circuito más depuración en circuito: unidades PICKit disponibles por menos de $50
Microcontroladores económicos
Amplia gama de interfaces incluyendo I²C, SPI, USB, USART, A/D, comparadores programables, PWM, LIN, CAN, PSP y Ethernet[8]
Disponibilidad de procesadores en encapsulado DIL que los hace fáciles de manejar para uso hobby.
Limitaciones: Un acumulador
Se requiere conmutación de bancos de registros para acceder a toda la RAM de muchos dispositivos
Las operaciones y los registros no son ortogonales; algunas instrucciones pueden direccionar RAM y/o constantes inmediatas, mientras que otras solo pueden usar el acumulador
Las siguientes limitaciones de pila se han abordado en la serie PIC18, pero aún se aplican a los núcleos anteriores:
La pila de llamadas de hardware no es direccionable, por lo que no se puede implementar el cambio de tarea preventivo
Las pilas implementadas por software no son eficientes, por lo que es difícil generar código reentrante y soportar variables locales
Con memoria de programa paginada, hay dos tamaños de página a considerar: uno para CALL y GOTO y otro para GOTO calculado (típicamente usado para búsquedas en tablas). Por ejemplo, en PIC16, CALL y GOTO tienen 11 bits de direccionamiento, por lo que el tamaño de página es de 2048 palabras de instrucción. Para GOTOs calculados, donde se suma a PCL, el tamaño de página es de 256 palabras de instrucción. En ambos casos, los bits de dirección superiores son proporcionados por el registro PCLATH. Este registro debe cambiarse cada vez que el control se transfiere entre páginas. PCLATH también debe preservarse por cualquier manejador de interrupciones.[9]
Desarrollo de compiladores: Si bien hay varios compiladores comerciales disponibles, en 2008, Microchip lanzó sus propios compiladores C, C18 y C30, para la línea de procesadores 18F, 24F y 30/33F.
El fácil aprendizaje del conjunto de instrucciones RISC del código ensamblador PIC puede hacer que el flujo general sea difícil de comprender. El uso juicioso de macros simples puede aumentar la legibilidad del lenguaje ensamblador PIC. Por ejemplo, el ensamblador PIC original de Parallax ("SPASM") tiene macros que ocultan W y hacen que el PIC parezca una máquina de dos direcciones. Tiene instrucciones macro como "mov b, a" (mover los datos de la dirección a a la dirección b) y "add b, a" (sumar datos de la dirección a a los datos en la dirección b). También oculta las instrucciones de salto proporcionando instrucciones macro de bifurcación de tres operandos como "cjne a, b, dest" (comparar a con b y saltar a dest si no son iguales).
Diferencias arquitectónicas del núcleo familiar: Los chips PICmicro tienen arquitectura Harvard, y los tamaños de las palabras de instrucción son inusuales. Originalmente, las instrucciones de 12 bits incluían 5 bits de dirección para especificar el operando de memoria y 9 bits de destino de bifurcación. Revisiones posteriores agregaron bits de opcode, permitiendo bits de dirección adicionales.
Dispositivos de núcleo base (12 bits): Estos dispositivos cuentan con una memoria de código de 12 bits de ancho, un archivo de registros de 32 bytes y una pila de llamadas de dos niveles de profundidad. Están representados por la serie PIC10, así como por algunos dispositivos PIC12 y PIC16. Los dispositivos base están disponibles en encapsulados de 6 a 40 pines.
Generalmente, los primeros 7 a 9 bytes del archivo de registros son registros de propósito especial, y los bytes restantes son RAM de propósito general. Los punteros se implementan usando un par de registros: después de escribir una dirección en el FSR (registro de selección de archivo), el registro INDF (f indirecto) se convierte en un alias del registro direccionado. Si se implementa RAM con bancos, el número de banco se selecciona mediante los 3 bits altos del FSR. Esto afecta a los números de registro 16–31; los registros 0–15 son globales y no se ven afectados por los bits de selección de banco.
Debido al espacio de registro muy limitado (5 bits), 4 registros raramente leídos no tenían direcciones asignadas, sino que se escribían mediante instrucciones especiales (OPTION y TRIS).
El espacio de direcciones ROM es de 512 palabras (12 bits cada una), que puede extenderse a 2048 palabras mediante bancos. Las instrucciones CALL y GOTO especifican los 9 bits bajos de la nueva ubicación de código; los bits adicionales de orden superior se toman del registro de estado. Tenga en cuenta que una instrucción CALL solo incluye 8 bits de dirección, y solo puede especificar direcciones en la primera mitad de cada página de 512 palabras.
Las tablas de búsqueda se implementan usando un GOTO calculado (asignación al registro PCL) en una tabla de instrucciones RETLW.
El conjunto de instrucciones es el siguiente. Los números de registro se denominan "f", mientras que las constantes se denominan "k". Los números de bit (0–7) se seleccionan por "b". El bit "d" selecciona el destino: 0 indica W, mientras que 1 indica que el resultado se escribe de vuelta al registro fuente f. Los flags de estado C y Z pueden establecerse según el resultado; de lo contrario, no se modifican. Las instrucciones de suma y resta (pero no de rotación) que establecen C también establecen el flag DC (acarreo digital), el acarreo del bit 3 al bit 4, que es útil para la aritmética BCD.
(Las tablas de conjuntos de instrucciones se mantienen en su formato original por su naturaleza técnica).
Clones de ELAN Microelectronics (13 bits): ELAN Microelectronics Corp. fabrica una serie de microcontroladores similares a PICmicro con una palabra de instrucción de 13 bits.[11] Las instrucciones son en su mayoría compatibles con el conjunto de instrucciones de gama media de 14 bits, pero limitadas a una dirección de registro de 6 bits (16 registros de propósito especial y 48 bytes de RAM) y un espacio de programa de 10 bits (1024 palabras).
El contador de programa de 10 bits es accesible como R2. Las lecturas acceden solo a los bits bajos, y las escrituras borran los bits altos. Una excepción es la instrucción TBL, que modifica el byte bajo mientras preserva los bits 8 y 9.
Las 7 instrucciones acumulador-inmediato están renumeradas en relación con el PICmicro de 14 bits, para ajustarse a 3 bits de opcode en lugar de 4, pero todas están presentes, así como una instrucción adicional de interrupción por software.
Hay algunas instrucciones misceláneas adicionales, y hay algunos cambios en la terminología (el registro OPTION de PICmicro se llama registro CONTrol; los registros TRIS 1–3 de PICmicro se llaman registros de control de E/S 5–7), pero los equivalentes son obvios.
Dispositivos de núcleo de gama media (14 bits): Estos dispositivos cuentan con una memoria de código de 14 bits de ancho y una pila de llamadas mejorada de 8 niveles de profundidad. El conjunto de instrucciones difiere muy poco de los dispositivos base, pero los 2 bits de opcode adicionales permiten direccionar directamente 128 registros y 2048 palabras de código. Hay algunas instrucciones misceláneas adicionales, y dos instrucciones literales de 8 bits adicionales: suma y resta. El núcleo de gama media está disponible en la mayoría de los dispositivos etiquetados como PIC12 y PIC16.
Los primeros 32 bytes del espacio de registros se asignan a registros de propósito especial; los 96 bytes restantes se utilizan para RAM de propósito general. Si se usa RAM con bancos, los 16 registros altos (0x70–0x7F) son globales, al igual que algunos de los registros de propósito especial más importantes, incluido el registro STATUS que contiene los bits de selección de banco de RAM. (Los otros registros globales son FSR e INDF, los 8 bits bajos del contador de programa PCL, el registro de precarga de PC alto PCLATH, y el registro maestro de control de interrupciones INTCON).
El registro PCLATH suministra bits de dirección de instrucción de orden superior cuando los 8 bits suministrados por una escritura en el registro PCL, o los 11 bits suministrados por una instrucción GOTO o CALL, no son suficientes para direccionar el espacio ROM disponible.
Núcleo de gama media mejorado (14 bits): Los dispositivos de núcleo de gama media mejorado introducen una pila de hardware más profunda, métodos de reinicio adicionales, 14 instrucciones adicionales y optimizaciones para el lenguaje de programación 'C'. En particular, hay dos registros INDF (INDF0 e INDF1), y dos pares de registros FSR correspondientes (FSRnL y FSRnH). Instrucciones especiales usan los registros FSRn como registros de dirección, con una variedad de modos de direccionamiento.
Dispositivos de núcleo de gama alta PIC17 (16 bits): La serie 17 nunca se popularizó y ha sido reemplazada por la arquitectura PIC18. No se recomienda para nuevos diseños, y la disponibilidad puede ser limitada.
Las mejoras sobre los núcleos anteriores son opcodes de 16 bits de ancho (permitiendo muchas instrucciones nuevas) y una pila de llamadas de 16 niveles de profundidad. Los dispositivos PIC17 se produjeron en encapsulados de 40 a 68 pines.
La serie 17 introdujo varias características nuevas importantes:
un acumulador mapeado en memoria
acceso de lectura a la memoria de código (lecturas de tabla)
movimientos directos de registro a registro (los núcleos anteriores necesitaban mover registros a través del acumulador)
una interfaz de memoria de programa externa para expandir el espacio de código
un multiplicador de hardware de 8 bits × 8 bits
un segundo par de registros indirectos
direccionamiento de auto-incremento/decremento controlado por bits de control en un registro de estado (ALUSTA)
Dispositivos de núcleo de gama alta PIC18 (16 bits): Microchip introdujo la arquitectura PIC18 en el año 2000. [2] A diferencia de la serie 17, ha demostrado ser muy popular, con un gran número de variantes de dispositivos actualmente en fabricación. En contraste con los dispositivos anteriores, que a menudo se programaban en ensamblador, C se ha convertido en el lenguaje de desarrollo predominante.[13]
La serie 18 hereda la mayoría de las características e instrucciones de la serie 17, al tiempo que añade varias características nuevas importantes:
la pila de llamadas es de 21 bits de ancho y mucho más profunda (31 niveles de profundidad)
la pila de llamadas puede ser leída y escrita (registros TOSU:TOSH:TOSL)
instrucciones de bifurcación condicional
modo de direccionamiento indexado (PLUSW)
extendiendo los registros FSR a 12 bits, permitiéndoles direccionar linealmente todo el espacio de direcciones de datos
la adición de otro registro FSR (elevando el número a 3)
El espacio RAM es de 12 bits, direccionado usando un registro de selección de banco de 4 bits y un offset de 8 bits en cada instrucción. Un bit de "acceso" adicional en cada instrucción selecciona entre el banco 0 (a=0) y el banco seleccionado por el BSR (a=1).
También hay disponible una pila de 1 nivel para los registros STATUS, WREG y BSR. Se guardan en cada interrupción y pueden restaurarse al retornar. Si las interrupciones están desactivadas, también pueden usarse en llamadas/retornos de subrutina estableciendo el bit s (añadiendo ", FAST" a la instrucción).
La característica de auto-incremento/decremento se mejoró eliminando los bits de control y añadiendo cuatro nuevos registros indirectos por FSR. Dependiendo de qué registro de archivo indirecto se esté accediendo, es posible postdecrementar, postincrementar o preincrementar FSR; o formar la dirección efectiva sumando W a FSR.
En los dispositivos PIC18 más avanzados, hay disponible un "modo extendido" que hace que el direccionamiento sea aún más favorable para el código compilado:
un nuevo modo de direccionamiento con offset; algunas direcciones que eran relativas al banco de acceso ahora se interpretan como relativas al registro FSR2
la adición de varias instrucciones nuevas, notables para manipular los registros FSR.
Estos cambios estaban principalmente destinados a mejorar la eficiencia de una implementación de pila de datos. Si FSR2 se usa como el puntero de pila o el puntero de marco, los elementos de la pila pueden indexarse fácilmente, permitiendo un código reentrante más eficiente. El compilador MPLAB C18 de Microchip elige usar FSR2 como un puntero de marco.
PIC24 y dsPIC microcontroladores de 16 bits: En 2001, Microchip introdujo la serie de chips dsPIC,[15] que entró en producción en masa a finales de 2004. Son los primeros microcontroladores inherentemente de 16 bits de Microchip. Los dispositivos PIC24 están diseñados como microcontroladores de propósito general. Los dispositivos dsPIC incluyen capacidades de procesamiento de señales digitales además.
Aunque todavía son similares a las arquitecturas PIC anteriores, hay mejoras significativas:[16]
Todos los registros son de 16 bits de ancho
Espacio de direcciones de datos expandido a 64 Kbytes
Los primeros 2K están reservados para registros de control periférico
No se requiere conmutación de bancos de datos a menos que la RAM exceda los 62K
Direccionamiento directo "f operando" extendido a 13 bits (8 Kbytes)
16 registros W disponibles para operaciones registro-registro.
(Pero las operaciones en operandos f siempre hacen referencia a W0.)
Contador de programa de 22 bits (bits 22:1; el bit 0 es siempre 0)
Instrucciones de 24 bits de ancho
Las instrucciones vienen en forma de byte (B=1) y palabra de 16 bits (B=0)
La pila está en RAM (con W15 como puntero de pila); no hay pila de hardware
W14 es el puntero de marco
Los datos almacenados en ROM pueden ser accedidos directamente ("Visibilidad del espacio de programa")
Se admiten vectores de interrupción para diferentes fuentes de interrupción.
Algunas características son:
hardware MAC (multiplicación-acumulación)
desplazamiento de barril
inversión de bits
multiplicación de un solo ciclo (16×16) y otras operaciones DSP
asistencia de división por hardware (19 ciclos para división de 16/32 bits)
soporte de hardware para indexación de bucles
Acceso directo a memoria
Los dsPIC pueden programarse en C usando el compilador C30 de Microchip, que es una variante de GCC.
La ROM de instrucciones es de 24 bits de ancho. El software puede acceder a la ROM en palabras de 16 bits, donde las palabras pares contienen los 16 bits menos significativos de cada instrucción, y las palabras impares contienen los 8 bits más significativos. La mitad alta de las palabras impares se lee como cero. El contador de programa es de 23 bits de ancho, pero el bit menos significativo es siempre 0, por lo que hay 22 bits modificables.
Las instrucciones vienen en 2 variedades principales. Una es como las instrucciones PIC clásicas, con una operación entre W0 y un valor en un registro f especificado (es decir, los primeros 8K de RAM), y un bit de selección de destino que selecciona cuál se actualiza con el resultado. Los registros W están mapeados en memoria, por lo que el operando f puede ser cualquier registro W.
La otra forma, nueva en el PIC24, especifica 3 operandos de registro W, 2 de los cuales permiten una especificación de modo de direccionamiento de 3 bits:
PIC32 microcontroladores de 32 bits: En noviembre de 2007, Microchip presentó la nueva familia PIC32MX de microcontroladores de 32 bits. La línea inicial de dispositivos se basa en el núcleo M4K MIPS32 estándar de la industria.[18] El dispositivo se puede programar usando el Compilador C MPLAB de Microchip para MCU PIC32, una variante del compilador GCC. Los primeros 18 modelos actualmente en producción (PIC32MX3xx y PIC32MX4xx) son compatibles pin a pin y comparten el mismo conjunto de periféricos con la familia PIC24FxxGA0xx de dispositivos de 16 bits, permitiendo el uso de bibliotecas, software y herramientas de hardware comunes. Hoy en día, hay disponibles desde 28 pines en pequeños encapsulados QFN hasta dispositivos de alto rendimiento con Ethernet, CAN y USB OTG, toda la gama de microcontroladores de 32 bits de gama media.
La arquitectura PIC32 aporta varias características nuevas al portafolio de Microchip, incluyendo:
La mayor velocidad de ejecución: 80 MIPS (120+[19] Dhrystone MIPS @ 80 MHz)
La memoria flash más grande: 512 kByte
Una instrucción por ciclo de reloj
El primer procesador con caché
Permite la ejecución desde RAM
Capacidades USB de alta velocidad Host/Doble rol y OTG
Programación y depuración completas por JTAG y 2 hilos
Traza en tiempo real
Variantes de dispositivos y características de hardware: Los dispositivos PIC generalmente cuentan con:
Modo de suspensión (ahorro de energía).
Temporizador watchdog.
Varias configuraciones de oscilador de cristal o RC, o un reloj externo.
Variantes: Dentro de una serie, todavía hay muchas variantes de dispositivos según los recursos de hardware que incluye el chip.
Pines de E/S de propósito general.
Osciladores de reloj internos.
Temporizadores de 8/16/32 bits.
Memoria EEPROM interna.
Interfaz serie síncrona/asíncrona USART.
Periférico MSSP para comunicaciones I²C y SPI.
Módulos de Captura/Comparación y PWM.
Convertidores analógico-digitales (hasta ~1.0 MHz).
Soporte de interfaz USB, Ethernet, CAN.
Interfaz de memoria externa.
Frentes RF analógicos integrados (PIC16F639 y rfPIC).
Periférico de cifrado de código rodante KEELOQ (codificar/decodificar)
Y muchos más.
Tendencias: La primera generación de PIC con almacenamiento EPROM está casi completamente reemplazada por chips con memoria Flash. Del mismo modo, el conjunto de instrucciones original de 12 bits del PIC1650 y sus descendientes directos ha sido reemplazado por conjuntos de instrucciones de 14 y 16 bits. Microchip aún vende versiones OTP (programables una vez) y con ventana (borrables por UV) de algunos de sus PIC basados en EPROM para soporte heredado o pedidos por volumen. El sitio web de Microchip enumera los PIC que no son eléctricamente borrables como OTP. Se pueden pedir versiones con ventana borrables por UV de estos chips.
Sufijos de números de pieza: La F en un nombre generalmente indica que el PICmicro usa memoria flash y se puede borrar electrónicamente. Por el contrario, una C generalmente significa que solo se puede borrar exponiendo el dado a la luz ultravioleta (lo cual solo es posible si se usa un estilo de encapsulado con ventana). Una excepción a esta regla es el PIC16C84, que usa EEPROM y, por lo tanto, es eléctricamente borrable.
Una L en el nombre indica que la pieza funcionará a un voltaje más bajo, a menudo con límites de frecuencia impuestos.[20]
Las piezas diseñadas específicamente para operación de bajo voltaje, dentro de un rango estricto de 3 - 3.6 voltios, se marcan con una J en el número de pieza. Estas piezas también son tolerantes a E/S de manera única, ya que aceptan hasta 5 V como entradas.[20]
Clones de PIC: Fabricantes de terceros fabrican productos compatibles, por ejemplo, el Parallax SX.
Herramientas de desarrollo: Microchip proporciona un paquete IDE gratuito llamado MPLAB, que incluye un ensamblador, enlazador, simulador de software y depurador. También venden compiladores C para el PIC18 y dsPIC que se integran limpiamente con MPLAB. También hay disponibles versiones gratuitas para estudiantes de los compiladores C con todas las funciones. Pero para las versiones gratuitas, las optimizaciones se deshabilitarán después de 60 días.[21]
Varios terceros fabrican compiladores de lenguaje C para PIC, muchos de los cuales se integran con MPLAB y/o cuentan con su propio IDE. Un compilador con todas las funciones para el lenguaje PICBASIC para programar microcontroladores PIC está disponible en meLabs, Inc. Mikroelektronika ofrece compiladores PIC en lenguajes de programación C, Basic y Pascal.
Existe un lenguaje de programación gráfico, Flowcode, capaz de programar dispositivos PIC de 8 y 16 bits y generar código C compatible con PIC. Existe en numerosas versiones, desde una demostración gratuita hasta una edición profesional más completa.
El único compilador de código abierto para la familia PIC16 y PIC18 es SDCC. Utiliza GPutils para las herramientas de enlazador y ensamblador. Se necesita un plugin para instalarlos en MPLAB o MPLABX.[22]
Las herramientas de desarrollo están disponibles para la familia PIC bajo la GPL u otras licencias de software libre o de código abierto.
Programadores de dispositivos: Artículo principal: PICKit
Los dispositivos llamados "programadores" se utilizan tradicionalmente para introducir el código de programa en el PIC objetivo. La mayoría de los PIC que Microchip vende actualmente cuentan con capacidades ICSP (Programación Serie en Circuito) y/o LVP (Programación de Bajo Voltaje), lo que permite programar el PIC mientras está en el circuito objetivo. La programación ICSP se realiza utilizando dos pines, reloj y datos, mientras hay un alto voltaje (12V) en el pin Vpp/MCLR. La programación de bajo voltaje prescinde del alto voltaje, pero reserva el uso exclusivo de un pin de E/S y, por lo tanto, puede deshabilitarse para recuperar el pin para otros usos (una vez deshabilitado, solo se puede volver a habilitar mediante programación de alto voltaje).
Hay muchos programadores para microcontroladores PIC, desde diseños extremadamente simples que dependen de ICSP para permitir la descarga directa de código desde una computadora host, hasta programadores inteligentes que pueden verificar el dispositivo a varios voltajes de alimentación. Muchos de estos programadores complejos usan un PIC preprogramado para enviar los comandos de programación al PIC que se va a programar. Se necesita el tipo de programador inteligente para programar los modelos anteriores de PIC (principalmente tipo EPROM) que no admiten programación en circuito.
Muchos de los PIC basados en flash de gama alta también pueden autoprogramarse (escribir en su propia memoria de programa). Hay placas de demostración disponibles con un pequeño bootloader programado de fábrica que se puede usar para cargar programas de usuario a través de una interfaz como RS-232 o USB, evitando así la necesidad de un dispositivo programador. Alternativamente, hay firmware de bootloader disponible que el usuario puede cargar en el PIC usando ICSP. Las ventajas de un bootloader sobre ICSP son las velocidades de programación muy superiores, la ejecución inmediata del programa después de la programación y la capacidad de depurar y programar usando el mismo cable.
Los programadores/depuradores están disponibles directamente de Microchip. Los programadores de terceros van desde planos para construir el suyo propio hasta kits de autoensamblaje y unidades listas para usar completamente probadas. Algunos son diseños simples que requieren una PC para hacer la señalización de programación de bajo nivel (estos típicamente se conectan al puerto serie o paralelo y consisten en unos pocos componentes simples), mientras que otros tienen la lógica de programación incorporada (estos típicamente usan una conexión serie o USB, son generalmente más rápidos y a menudo están construidos usando los propios PIC para el control).
Los siguientes son los programadores/depuradores PICKit oficiales de Microchip:
PICKit 2 clones y código abierto: PICKit 2 ha sido un programador PIC interesante de Microchip. Puede programar todos los PIC y depurar la mayoría de los PIC (a partir de mayo de 2009, solo la familia PIC32 no es compatible con la depuración MPLAB). Desde sus primeros lanzamientos, todo el código fuente del software (firmware, aplicación para PC) y el esquema de hardware están abiertos al público. Esto facilita relativamente que un usuario final modifique el programador para su uso con un sistema operativo no Windows como Linux o Mac OS. Mientras tanto, también crea mucho interés y clones de bricolaje. Esta estructura de código abierto trae muchas características a la comunidad de PICKit 2, como Programmer-to-Go, la herramienta UART y la herramienta Logic, que han sido contribuidas por los usuarios de PICKit 2. Los usuarios también han añadido características como la capacidad de Programmer-to-Go de 4MB, circuitos de refuerzo/elevación USB, conectores tipo RJ12 y otros.
Depuración: Emulación por software: Existen emuladores comerciales y gratuitos para los procesadores de la familia PIC.
Depuración en circuito: Los modelos posteriores de PIC cuentan con una interfaz ICD (depuración en circuito), integrada en el núcleo de la CPU. Los depuradores ICD (MPLAB ICD2 y otros de terceros) pueden comunicarse con esta interfaz utilizando tres líneas. Este sistema de depuración barato y simple tiene un precio, sin embargo: número limitado de puntos de interrupción (1 en PIC antiguos, 3 en PIC más nuevos), pérdida de algunas E/S (con la excepción de algunos PIC de 44 pines montaje en superficie que tienen líneas dedicadas para depuración) y pérdida de algunas características del chip. Para PIC pequeños, donde la pérdida de E/S causada por este método sería inaceptable, se fabrican cabezales especiales que están equipados con PIC que tienen pines adicionales específicamente para depuración.
Emuladores en circuito: Microchip ofrece tres emuladores en circuito completos: el MPLAB ICE2000 (interfaz paralela, hay disponible un convertidor USB); el más reciente MPLAB ICE4000 (conexión USB 2.0); y el más reciente, el REAL ICE. Todas estas herramientas ICE se pueden usar con el MPLAB IDE para la depuración de código a nivel de fuente completa en el objetivo.
El ICE2000 requiere módulos de emulación, y el hardware de prueba debe proporcionar un zócalo que pueda aceptar un módulo de emulación o un dispositivo de producción.
El REAL ICE se conecta directamente a dispositivos de producción que admiten emulación en circuito a través de la interfaz de programación PGC/PGD, o a través de una conexión de alta velocidad que usa dos pines más. Según Microchip, admite la "mayoría" de procesadores PIC basados en flash, PIC24 y dsPIC.[23]
El ICE4000 ya no se anuncia directamente en el sitio web de Microchip, y la página de compra indica que no se recomienda para nuevos diseños.
Al diseñar un sistema seguro con un microcontrolador PIC, siempre se debe considerar la superficie de ataque físico, incluida la posibilidad de decapsulación para exponer el dado y permitir el sondaje directo. La configuración del bit de bloqueo, a menudo almacenada en fusibles EEPROM dedicados, puede ser un punto débil si no está adecuadamente protegida. Equipos avanzados de ingeniería inversa han realizado con éxito operaciones de lectura en PIC bloqueados explotando fallos de temporización en la interfaz de programación. La capacidad de volcar el contenido flash de un MCU aparentemente seguro se ha demostrado numerosas veces en investigaciones académicas e industriales. Muchos aficionados intentan desbloquear sus propios dispositivos después de olvidar contraseñas, lo que ha dado lugar a una industria de servicios de recuperación de firmware. Sin embargo, los programadores oficiales de Microchip nunca permitirán una lectura del código cuando los fusibles de seguridad estén activados, a menos que exista una puerta trasera especial. El mecanismo de bloqueo está diseñado para evitar cualquier lectura externa, pero no protege contra ataques de canal lateral que filtran información durante el funcionamiento normal. Algunos investigadores han utilizado la decapsulación combinada con el fresado de haz de iones focalizado para alterar físicamente los fusibles y forzar un estado de desbloqueo. Este tipo de ingeniería inversa es costoso, pero ha demostrado ser efectivo en familias PIC más antiguas. El código recuperado puede luego analizarse para comprender algoritmos propietarios, que pueden ser duplicados en productos falsificados. Para aplicaciones críticas, es recomendable utilizar MCU con detección de manipulación activa que borren la EEPROM ante cualquier intento de decapsulación. Microchip ha mejorado gradualmente la protección física de sus fusibles, enterrándolos bajo múltiples capas metálicas para dificultar los ataques ópticos y láser. Sin embargo, un adversario determinado con un cortador láser aún puede atacar el circuito del bit de bloqueo y forzar una lectura. La seguridad de todo el sistema a menudo depende de la integridad de estas pocas celdas de fusible, lo que las convierte en un objetivo principal para la extracción de firmware. Muchos sistemas de control industrial todavía dependen de PIC más antiguos, y su código es vulnerable a la ingeniería inversa si los bits de bloqueo no se configuran correctamente. Es esencial que los desarrolladores comprendan las limitaciones del mecanismo de bloqueo y lo complementen con ofuscación basada en software. La práctica estándar de la industria es combinar fusibles de hardware con código cifrado y arranque seguro para elevar la barrera contra la duplicación no autorizada. Sin embargo, incluso el código cifrado puede ser volcado y analizado sin conexión si la clave de cifrado se almacena en el mismo MCU. Algunos microcontroladores avanzados incluyen un identificador de dispositivo único que se puede usar para vincular el código a un chip específico, evitando la duplicación simple. Sin embargo, si se derrota el bit de bloqueo, el atacante aún puede clonar toda la flash y replicar la identidad del dispositivo. La evolución de la seguridad PIC ha sido una carrera armamentista continua, con cada generación introduciendo diseños de fusibles más complejos y protecciones criptográficas más fuertes. Al final, la verdad fundamental sigue siendo: cualquier microcontrolador puede ser vulnerado con suficiente tiempo y recursos, por lo que la seguridad debe ser un asunto de múltiples capas.
El IDE MPLAB de Microchip proporciona opciones para configurar los bits de bloqueo durante la programación, pero no verifica que los fusibles se hayan fundido correctamente después de la fabricación. Algunos usuarios han informado que ciertos voltajes de programación pueden borrar inadvertidamente el bit de bloqueo, lo que lleva a una lectura no intencionada del código. Esto resalta la importancia de usar programadores calificados y verificar el estado del fusible después de cada ciclo de programación. Para piezas heredadas como el PIC16C84, los fusibles EEPROM podían borrarse con luz UV, un hecho que fue explotado por los primeros ingenieros inversos. Los PIC modernos basados en flash tienen un blindaje mejorado, pero la vulnerabilidad subyacente de la manipulación física del fusible persiste. El concepto de un "código seguro" utilizado en algunas piezas de Atmel es análogo al bit de bloqueo en los PIC, pero con diferentes detalles de implementación. En ambos casos, el objetivo es evitar la lectura no autorizada, y en ambos casos, los ataques físicos pueden eludir la protección lógica. La comunidad de ingeniería inversa ha desarrollado herramientas sofisticadas para obtener imágenes del dado y localizar las matrices de fusibles, a menudo sin destruir el dispositivo. Una vez identificados los fusibles, las modificaciones asistidas por láser pueden desbloquear el MCU en cuestión de minutos. Esto ha llevado a un mercado próspero de servicios de extracción de firmware, donde las empresas pagan para recuperar código perdido de dispositivos obsoletos. Por otro lado, los desarrolladores legítimos utilizan estas técnicas para recuperar su propio código cuando han perdido la fuente original. La línea entre la recuperación ética y la duplicación maliciosa a menudo es borrosa, y depende del individuo actuar responsablemente. Como regla general, si no posee los derechos del software, intentar desbloquear y leer el código puede ser ilegal. Sin embargo, el conocimiento de cómo vencer el bloqueo está disponible públicamente, y sirve como una advertencia para los diseñadores de sistemas. La comunidad de Microchip siempre ha sido abierta acerca de la existencia de estas vulnerabilidades, lo que ha impulsado a la empresa a innovar protecciones más sólidas. Los últimos dispositivos PIC32 incorporan módulos de seguridad de hardware que pueden autenticar el cargador de arranque y cifrar la flash sobre la marcha. Sin embargo, incluso estas características avanzadas pueden ser subvertidas con suficiente esfuerzo, como lo demuestran artículos académicos recientes. La lección general es que la seguridad no es un producto sino un proceso, y debe actualizarse continuamente para contrarrestar las amenazas en evolución.
Al realizar una lectura de un PIC bloqueado, un método común es usar un glitch de voltaje en la línea VDD durante la secuencia de programación. Esto puede hacer que el bit de bloqueo sea ignorado temporalmente, permitiendo un volcado completo de la memoria flash. El glitch debe estar sincronizado con precisión, pero con equipos modernos, es un ataque repetible. Algunos investigadores también han utilizado la inyección de fallos electromagnéticos para lograr el mismo efecto sin contacto físico. Estas técnicas no invasivas son particularmente peligrosas porque no dejan rastro de manipulación. Por otro lado, la decapsulación es invasiva y permanente, pero proporciona acceso directo a las celdas de fusible para su modificación física. La elección del método de ataque depende de los recursos y la discreción deseada. Para la mayoría de los trabajos comerciales de extracción de firmware, se prefiere una combinación de decapsulación y corte láser debido a su alta tasa de éxito. Una vez que se vence el bloqueo, el código puede ser volcado en su totalidad, incluidas las secciones de arranque protegidas. El binario extraído puede entonces ser desensamblado y sometido a ingeniería inversa para comprender su funcionalidad. Esto suele ser el primer paso para crear un clon compatible o un parche de seguridad. Muchas empresas han utilizado este enfoque para recuperar sistemas heredados cuando el desarrollador original ya no está disponible. La recuperación de firmware de microcontroladores obsoletos es una necesidad legítima, y ha impulsado la demanda de servicios profesionales de ingeniería inversa. Sin embargo, las mismas técnicas pueden ser mal utilizadas para robar propiedad intelectual, lo que lleva a productos falsificados en el mercado. Para mitigar esto, los fabricantes se están moviendo hacia el cifrado a nivel de silicio, donde el código se almacena cifrado y se descifra sobre la marcha. Incluso si un atacante vuelca la flash, solo obtiene datos cifrados, que son inútiles sin la clave. Esto eleva significativamente el listón para la extracción de firmware, ya que la clave a menudo se almacena en un elemento seguro separado o se fusiona en el silicio. Algunos PIC incluyen ahora una función física no clonable (PUF) que genera una clave única a partir de las variaciones físicas del dispositivo, haciendo casi imposible la duplicación. Estos avances muestran que la industria está aprendiendo de los errores del pasado y desarrollando medidas de seguridad más robustas. No obstante, la historia de la seguridad PIC es un testimonio del ingenio tanto de defensores como de atacantes en esta batalla en curso.
Para aficionados y educadores, comprender el mecanismo de bloqueo y sus vulnerabilidades proporciona una valiosa lección en el diseño de sistemas embebidos. Muchos cursos universitarios ahora incluyen ejercicios de ingeniería inversa donde los estudiantes intentan desbloquear un PIC y extraer su código. Estas experiencias prácticas enseñan la importancia del modelado de amenazas y las limitaciones de la seguridad basada en hardware. La disponibilidad de programadores de bajo costo y herramientas de código abierto ha hecho que sea más fácil que nunca experimentar con estas técnicas. Sin embargo, es crucial mantenerse siempre dentro de los límites legales y éticos al realizar tales experimentos. El conocimiento adquirido puede aplicarse para mejorar la seguridad de los diseños futuros, en lugar de explotar los existentes. En el mundo profesional, las auditorías de seguridad a menudo incluyen intentos de desbloquear el MCU objetivo para verificar la efectividad del mecanismo de bloqueo. Estas pruebas de penetración son esenciales para garantizar que los productos cumplan con los estándares de seguridad requeridos. Los hallazgos de tales pruebas suelen ser confidenciales, pero contribuyen a la mejora general de la industria. Como hemos visto, incluso el bloqueo más sofisticado puede ser derrotado, por lo que la mejor defensa es una combinación de controles físicos, lógicos y administrativos. El bit de bloqueo es solo un componente de un sistema seguro, y no debe confiarse en él como la única protección. En última instancia, el objetivo es hacer que el costo de un ataque supere la recompensa potencial, y esto se logra mediante un enfoque de seguridad holístico. La arquitectura PIC, con su larga historia y amplia adopción, ofrece muchas lecciones aplicables a todos los microcontroladores. Al estudiar los éxitos y fracasos de diseños pasados, podemos construir sistemas más resistentes para el futuro. El conocimiento compartido por la comunidad, incluidos los detalles de la manipulación de fusibles y la decapsulación, es un recurso valioso que beneficia tanto a los defensores como a los investigadores éticos. Con la colaboración y la innovación continuas, podemos mantenernos un paso adelante de aquellos que buscan comprometer nuestros sistemas.
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Diferentes fabricantes de chips tienen diferentes números de pieza, pero el núcleo interno del chip puede estar fabricado con la misma tecnología; sería bastante imposible listar todos los números de pieza donde nuestra tecnología puede aplicarse, como MYSON, STK, FEELING, ANALOG, FUJITSU, NOVATEK, LG/HYNDAI.
Además, con el avance de la tecnología, cada día ganamos más experiencia y desarrollamos nuevos métodos de ingeniería inversa para diferentes piezas de circuitos integrados. La lista completa de números de pieza de circuitos integrados que están dentro de nuestro alcance es cada vez mayor; contáctenos para averiguarlo.
Mikatech Innovative Limited comprende la importancia de la privacidad de sus clientes. En el momento en que contacta a Mikatech, la información personal que nos proporciona quedará protegida por nuestras normas de gestión, desarrolladas a lo largo de años de práctica. Mikatech utiliza esta información para personalizar su servicio y nunca la divulgará a terceros por ningún motivo.
En cada proyecto que realizamos, eliminamos todos los datos, materiales y códigos 60 días después de la entrega de los archivos; esto nos protege a nosotros y protege su privacidad.
Sí, es totalmente legal.
Mikatech ofrece sus servicios de ingeniería inversa solo con fines educativos; puede ser ilegal utilizar los servicios mencionados en algunos países o regiones; consulte sus leyes locales.
Mikatech no asume ninguna responsabilidad en relación con el uso de los servicios mencionados que pudiera considerarse ilegal.
Años
28
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Países
110
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Clientes
5000
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Proyectos
60000
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