Přednáška 1

Přednáška 1
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Přednáška 1
2011, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
J. Fischer
1
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Náplň
HW návrh vestavěných systémů, komponenty a jejich využití, procesor jako
součástka
Logické obvody a jejich vlastnosti z hlediska spolupráce s mikrořad. (odběr,
typové řady, rychlost z hlediska spolupráce s mikroprocesorem,
spolupráce rychlých logických obvodů, vedení, odrazy, zemnění, rozvody
napájení, blokování).
Bloky komunikace s obsluhou (tlačítka, klávesnice, LED a LCD zobrazovače
8 a 32 bitové procesory – mikrořadiče (Microcontroller) pro vestavěné
systémy
Obvody a periferie na čipu mikrořadičů (vstupy, výstupy, rozhraní SPI, I2C,
I2S, USART převodníky A/D, převodníky D/A),
Vnější periferie a jejich připojování (připojení vnějších řadičů – Ethernet,..)
Vnější paměťové obvody a jejich připojování k mikroprocesoru
Dohlížecí obvody a monitorovací obvody pro zajištění spolehlivé funkce
vestavěného systému.
Napájení – síťové napájení, bateriové napájení vestavěných systémů
2
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Cvičení
Seznámení s IDE Keil pro ARM
Logické obvody (dále L.O.)- statické parametry a jejich určení (skup. 2 stud.)
Logické obvody – dynamické parametry a jejich určení , buzení obvodu
procesorem STM32, generování signálu o dané frekvenci (měření -sk. 2 st.,
příprava programu pro generaci 1 st. Dále již jen – skupina – 1 student)
Konfigurace výstupních bran STM32, ovládání výstupů, připojení LED,
ovládání registru a posuvného registru, připojení výstupu s posuvným
registrem 74HCT595, ovládání zobrazovače nebo krokového motorku (dle
volby) (1. hodnocená úloha) + zpráva
Čtení vstupů (tlačítko, klávesnice), vstup s posuvným registrem, využití SPI
Sériová komunikace, využití UART, komunikace s RS232, zobrazení dat na PC
(terminál) (2. hodnocená úloha) + zpráva
Využití interní čítačové jednotky, pro generování a čítání impulsů, určení
frekvence, generování signálu PWM.
Samostatný projekt: Návrh systému pro sběr dat a monitorování (hodnocená
úloha, studie k projektu, návrh a realizace, závěrečná zpráva),
Test v semestru – 9. týden společný termín - na přednášce (v míst. 340)
3
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Cvičení – poznámky
Možno osadit – zapájet minimodul s STM32 a využít jej v projektu
ladění – „boot loader“, nebo pomocí SWD z kitu STM32 Discovery
samostatná práce studenty, uvedení příp. informačních zdrojů)
Plagiátorství – ne !!!
Účast na cvičeních povinná
Domácí příprava, příprava programů
Zapůjčení modulů STM32 Discovery, příp. i kont. pole na celý semetr
Potřebné vybavení napájení + 5V ( např. z USB), příp. multimetr
Minimum potřebného vybavení – PC s USB a nainstalovaným SW Keil,
mini USB kabel,
Vhodný doplněk převodník USB na RS232
(dostupné např. v NC computers za 160 - 200 Kč, www.nc.cz, využitelné i pro
práci s jinými mikroprocesory pro vestavěné systémy – pro funkci Boot
Loader)
4
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Hodnocení
1., 2. hodnocená úloha, samostatný projekt, zprávy,
samostatná práce studenty, uvedení příp. informačních zdrojů)
Plagiátorství – ne !!!
Účast na cvičeních povinná
Domácí příprava, příprava programů, vývojový diagram, schéma
v laboratoři – odladění úlohy, využití přístrojového vybavení
5
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Jádro ARM Cortex – M3
Firma ARM www.arm.com,
(nevyrábí vlastní procesory)
návrh jádra
jádro v rámci licencí využívá mnoho
výrobců (ST, NXP, TI, Atmel,..)
definováno:
jádro CPU
řadič přerušení
rozložení v adresním prostoru
(kde- SRAM interní, externí, kde
vnitřní sběrnice
spolupráce s rozhraním pro ladění
(debug) JTAG, SWD
Výrobci individuálně doplňují
periefrie
6
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Jádro ARM Cortex – M3
Volně dostupné materiály:
Sadasivan S.:An Introduction to the ARM Cortex-M3 Processor (www.ARM.com)
DUI 0552A_Cortex - M3devices generic user Guide (www.ARM.com)
DDI 0337E Cortex -M3 Revision: r1p1 Technical Reference Manual (www.ARM.com)
DDI 0403 ARM v7-M Architecture Reference Manual (www.ARM.com dostupný po
zaregistrování)
(podrobný popis architektury ARMv7M do které spadá i ARM Cortex M3)
7
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
STM32F100x
Volně dostupné materiály:
katalogový listk STM32F100x:
STM32F100x4 STM32F100x6,STM32F100x8 STM32F100xB – (Doc ID 16455 Rev 5)
podrobný referenční manuál:
RM0041 Reference manual STM32F100xx advanced ARM-based 32-bit MCUs
(www.st.com)
8
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Literatura
The Insider’s GuideTo The STM32 ARM®Based Microcontroller
An Engineer’s Introduction To The STM32 Series
www.hitex.com
Velmi zkrácený přehled architektury
ARM Cortex M3 z hlediska, implemetace
do STM32
přehledný zkrácený popis periferií STM32
doporučeno pro získání prvního přehledu
k použití periferiíSTM32, následně detailní
studium referenčního manuálu k STM32
Tento manuál je dobrý proto to,
zjistit, co se má vlastně hledat v dalších
podrobných manuálech
9
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Registry ARM Cortex M3
R0 – R12 obecné registry
Dolní registry (low reg.) R0 – R7 přístupné
všemi instrucemi. s příst. k registrům.
Horní registry (high reg.) R8 – R12
přístup pouze 32 bitovými instrukcemi s
příst. k registrům
10
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Registry R13 až R15
Stack pointer Registr R13 -Stack Pointer (SP) ukazatel zásobníku.
R13 – dvě formy:
hlavní SP (SP main)
procesní SR (SP_process)
Link register Registr R14 je užíván při volání podprogramů
(subroutine Link Register - LR).
Do LR se uloží návratová adresa z PC při instrukci při vykonání instrukcí
Branch an Link (BL) or Branch and Link with Exchange (BLX).
LR je využit také při návratu z obsluhy výjimky (exception return).
R14 – možno obsluhovat jako obecný registr
Programový čítač (Program counter - PC) registr R15
Bit [0] je vždy, takže instrukce jsou zarovnány na hranice slova (4 Byte) nebo
poloviční slova (2 Byte).
Stavový reg. programu (Program Status Registers xPSR) stavových
registr příznaků (Flags)
11
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Pojem instrukce - Thumb - 2
ARM Cortex M3
návaznost na procesory ARM
procesory ARM
16 – bitové instrukce Thumb
32 – bitové instrukce ARM
( přepínání v programu, jaká sada instrukcí se používá)
ARM Cortex M3 - instrukce Thumb doplněné 32- bitovými instrukcemi
sada označená jako Thumb 2,
ARM Cortex M3 – používá sadu Thumb – 2 bez přepínání, Pokus o přepnutí do
režimu instrukcí ARM ( 32 – bitových vyvolá chybu)
16 – bitové instrukce Thumb – omezené možnosti – např. ve vzdálenosti
adresy pro skok,…. možnost
12
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Příznakový registr
-
1 indikuje aktivní stav
N negativní nebo menší než
Z Nula
C Carry/ Borrow – výpůjčka
V přetečení overflow
Q sticky saturation
(při aritmetice se saturací)
13
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Adresový prostor
-
14
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
STM32F100
Nested
Nestedvect
vectIT
ITCtrl
Ctrl
11xxSystick
SystickTimer
Timer
11xxDMA
DMA
77Channels
Channels
ARMLite
LiteHi-Speed
Hi-SpeedBus
Bus
ARM
Matrix
/
Arbiter
(max
24MHz)
Matrix / Arbiter (max 24MHz)
JTAG/SW
JTAG/SWDebug
Debug
FlashI/F
I/F
Flash
Cortex-M3
Cortex-M3
CPU
CPU
24
24 MHz
MHz
16-128kB
16-128kB
Flash
FlashMemory
Memory
4kB-8kB
4kB-8kBSRAM
SRAM
20B
20BBackup
BackupRegs
Regs
Clock
ClockControl
Control
Bridge
Bridge
Up
Upto
to80
80I/Os
I/Os
1x
1xSPI
SPI
1x
1xUSART/LIN
USART/LIN
Smartcard/IrDa
Smartcard/IrDa
Modem-Ctrl
Modem-Ctrl
(max 24MHz)
Synchronized
SynchronizedAC
ACTimer
Timer
Up
Upto
to16
16Ext.
Ext.ITs
ITs
Int.
Int.RC
RCoscillators
oscillators
40KHz
40KHz++8MHz
8MHz
PLL
PLL
RTC
RTC//AWU
AWU
2x
2xWatchdog
Watchdog
Bridge
Bridge
1x6x
1x6x16-bit
16-bitPWM
PWM
Power
PowerSupply
Supply
Reg
Reg1.8V
1.8V
POR/PDR/PVD
POR/PDR/PVD
XTAL
XTALoscillators
oscillators
32KHz
32KHz++3~25MHz
3~25MHz
CRC
CRC
ARM Peripheral Bus
-
ARM Peripheral Bus
(max 24MHz)
(independent
(independent&&window)
window)
33xx16-bit
16-bitTimer
Timer
1x16-bit
1x16-bittimer
timerwith
with22
IC/OC/PWM
IC/OC/PWM
HDMI
HDMICEC
CEC
2x16-bit
2x16-bittimer
timereach
each
with
1
IC/OC/PWM
with 1 IC/OC/PWM
2x
2xSPI
SPI
22xx12bit
12bitDAC
DAC
1x
1x12-bit
12-bitADC
ADC
16
channels
16 channels//
850ksps
850ksps
Temp
TempSensor
Sensor
2x
2xUSART/LIN
USART/LIN
Smartcard
Smartcard//IrDa
IrDa
Modem
ModemControl
Control
2x
2xI2C
I2C
15
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Výklad ke cvičením -měření vlastností LO
- Statické parametry:
vstupní charakteristika Ii = f (Ui)
převodní charakteristika Uo = f (Ui), rozhodovací úroveň
vnitřní odpor výstupu ve stavu H - RH,
vnitřní odpor výstupu ve stavu l RL,
klidový odběr
odběr v závislosti na vstupním napětí ( při rozhodovací úrovni)
chování obvodu se vstupem „ plovoucím“
Dynamické parametry:
zpoždění
odběr v závislosti na frekvenci
vstupního signálu
určení Cpd
zvýšení odběru při zátěži kapacitou
(kondenzátor, osciloskopická sonda)
74HC00, 74HCT00
UCC
II
UI
IO
UO
16
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Měření vlastností LO
-
Měřicí zapojení , výklad na přednášce, příprava na cvičení
UCC
II
+5V
IO
UI
R1
CB
+5V
R1
UO
Ucc
R2
Ui
in
GND
out
Uo
Ii
Ii
UCC Ui
UCC
Ui
17
A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL
Měření vlastností LO
- působení diod ve vstupním obvodu, působení na vstupní charakteristiku
působení substrátových diod,
(výklad na přednášce k problematice cvičení)
UCC
UCC
II
UI
IO
T1
U1
UO
U2
T2
UCC
D5
D3
D1
CMOS
obvod
U1
D2
R
D4
U2
D6
D7
18
Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement