Procesory a obvody pro vest. systémy

Procesory a obvody pro vest. systémy
Procesory pro vestavné aplikace – přehled, bloky
v. 2015
A4M38AVS
ČVUT- FEL, katedra měření,
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
1
Procesor pro vestavné aplikace- mikrořadič, struktura
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
mikroprocesor
CPU
paměť
programu
paměť dat
vnější zařízení
vst.- výst.
V/V
řídicí
sběrnice
progr.
řadiče
datová
sběrnice
adresová sběrnice
Procesorové jádro
paměť programu ROM
paměť dat - operační paměť
( R/W – čtení- zápis)
Možné bloky:
Generátor hodinového signálu
Reset genrátor - dohlížecí obvody
Periferní obvody (čítače, komunikační řadiče
UART, USART, ETHERNET, USB,
Sériová rozhraní SPI, IIC Bus
ADC, DAC, analogové komparátory
Obvod reálného času - RTC
Blok řízení napájení, vnitřní regulátor napětí
požadavky
činností
2
Typy pamětí – podle uchování obsahu
Dělení pamětí podle uchování informace po vypnutí napájení:
Volatilní paměti – Volatile memory – obsah se po vypnutí napájení ztratí
Nevolatilní – „Pevné“- paměti Nonvolatile memory - obsah zachován při vypnutí
napájení
Dělení pamětí podle způsobu použití
RWM Read Write Memory – paměť pro zápis a čtení ( typicky jako datová paměť),
jejich obsah se při činnosti procesoru obvykle mění
Varianty RWM ( SRAM, DRAM, FIFO, dvoubránová,..)
ROM Read Only Memory – paměť s pevným obsahem, který se nemění (typicky
jako paměť programu nebo konstant, které jsou dány („napevno“), obsah je zadán
technologicky – maskami propojení při jejich výrobě – proto také označení Mask
ROM
ROM typické použití- jako paměť programu mikrořadiče pro vestavný systém
vyráběného ve velkých seríích
PROM Programmable ROM – použití vychází z ROM, avšak její obsah může
uživatel nějakým způsobem nastavit (naprogramovat)
jednou programovatelné OTP (One Time Programmable) PROM
Mazatelné programovatelné paměti EPROM, EEPROM, FLASH
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
3
Typy pamětí – podle způsobu přístupu
Paměť synchronní, asynchronní
Asynchronní paměť- okamžiky čtení, nebo zápisu jsou určeny okamžiky hran
řídicích signálů, které mohou přicházet asynchronně- podle požadavku systému
Asynchronní SRAM, ROM, NOR FLASH DRAM (staré typy DRAM), FIFO
Synchronní paměť- veškerá činnost se děje v rytmu stálého hodinového signálu
Synchronní SRAM, Synchronní NOR FLASH,DRAM - SDRAM, DDR, FIFO
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
4
Nevolatilní paměti NOR FLASH
Paměti FLASH- NOR – jako interní, příp. externí paměti programu,
čtení kódu přímo při vykonávání, náhodný (libovolný) přístup
paměťový tranzistor MOS, plovoucí hradlo
– floating gate, informace ve formě - náboj na plov. hradle
náboj je – náboj není tranzistor při čtení vede – nevede
Rychlé programování – přivedení náboje na plov.
hradlo „horkými elektrony“ – velká intenzita proudu IDS
C
kanálem tranzistoru – v pam. matici,trvání desítky
mikrosekund na Bajt
W
Programování v režimu Byte programming – může
se programovat po jednotlivých bajtech (předem
W
vymazaná paměť)
Mazání, mazání – tunelováním – pomalý proces – trvání
milisekundy, pouze – buď celá paměť (bulk erase),
případně celý blok (sector erase)
0
řídící
hradlo
G
plovoucí
hradlo
izolant
D
S
n+
n+
N kanál
P substrát.
výst. obvod
TC0
C1
TC1
0
TF00
TF01
1
TF10
TF11
B0
B1
První paměti FLASH byly určeny jako alternativa EPROM- programování a mazání
pouze ve specializovaném přístroji – programátoru „Programmer“.
Pro programování a mazání bylo zapotřebí zvýšené napětí + 12 V
Ohledne programátorů- viz přiklady na www.elnec.sk
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
5
Nevolatilní paměti NOR FLASH jako paměť mikrořadiče
Podobné paměti NOR FLASH – použity jako paměť programu v 8- bitových
mikrořadičích
AT89C51, AT89C52, AT89C2051,..( 89C51 devítka – značí přítomnost paměti FLASH)
Programování je možné v paralelní formě pouze s využitím zvýšeného
programovacího napětí + 12 V)
(Paralelní programování- data a adresy se na mikrořadič přivádějí v paralelní formě)
Postupný vývoj- úprava pamětí NOR FLASH – nábojová pumpa na čipu, programování
pouze s využitím standarních napě´tových úrovní a napájení.
ICP- In Circuit Programmable – možnost programovat paměť FLASH mikrořadiče
zapájeného v obvodu. Typicky se využívá sériového rozhraní- obvykle SPI (Serial
Peripheral Interface), Např. AT89S51, AT89S8252,…. (89S51 zde značí možnost
sériového programování v obvodu)
IAP –In Application Programmable FLASH NOR na čipu mikrořadiče – je možno
programovat i uživatelským programem. IAP - také In Application Programming
(STM32F207 – cvičení), použití jako paměť uživ. konstant.
Situace u současných mikrořadičů s jádrem ARM Cortex- M3 (M4, M0,.) - pro vestavné
aplikace – typicky paměť NOR FLASH s možností IAP.
Program BOOT Loader- umístěn
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
6
Nevolatilní paměti NOR FLASH jako paměť mikrořadiče
Využití IAP - modifikace části FLASH – uložení uživatelských konstant a dat.
(Kalibrační konstanty přístroje, jazyková lokalizace přístroje)
Využití IAP - ve spolupráci s programem BOOT LOADER
V paměti ROM na čipu mikrořadiče umístěn zavaděč, který se aktivuje zvláštním
nastavením pinů (u STM32 – piny BOOT 0, BOOT 1) ve spolupráci s nadřazeným
počítačem čte data představující instrukční kód, který ukládá do paměti FLASH
a který následně může spustit.
Funkce BOOT LOADER – typicky ve spolupráci s rozhraním UART, ale též USB,
CAN, IIC BUS, SPI
Funkce BOOT implementována v mikrořadičích s jádrem ARM CORTEX - M3
(a dalších CORTEX- M4, CORTEX-M0, ….) snad všech výrobců
Paměť NOR FLASH - omezený počet přeprogramování
liší se podle výrobce a technologie
Typicky 10 000 x až 100 000, (v některých výjimečných případech i jen 1000 !!!)
Zohlednit počet možných mazání a zápisů - případě, že se FLASH paměť používá
jako paměť procesních dat- poslední naměřené hodnoty.
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
7
Nevolatilní paměti EEPROM
EEPROM - elektricky programovatelná a mazatelná paměť, (po jednotlivých bajtech),
často na čipu mikrořadiče jako paměť konstant, programování i mazání tunelováním elektronů pomalý proces, (milisekundy),
Částečně omezený počet zápisů (a mazání) – podle typu 100- ky tisíc
Paměť se před zápisem maže automaticky (pro uživatele to je transparentní)
Pokud je na čipu mikrořadiče pam, EEPROM, je přístupná uživateli pro čtení i zápis
(Paměť EEPROM – je využita jako paměť telefonních čísel na kartě SIM v mobtelefonu,..)
Paměť EEPROM - nyní nejčastěji používané- s malou kapacitou, jako paměť
konfiguračních dat, informací o výrobku, pomocné konstanty, ukládání nezávisle
na nikrořadiči.
Současné EEPROM – typicky se sériovým rozhraním IICBus(24C02,…24C256),
SPI (25C256,..)
Z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti je vhodnější, aby mikrořadič nepřepisoval
svou vnitřní paměť FLASH (na čipu mikrořadiče), ale aby využíval externí
nevolatilní paměť EEPROM (případně FRAM).
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
8
Nevolatilní paměti FLASH – varianta NAND
Požadavek zvýšení kapacity paměti ( hustoty paměťových buněk) i počtu zápisů a
mazání – vývoj paměti FLASH NAND
Paměť FLASH NAND - skupina ( typ. 16) paměťových tranzistorů v matici mezi
slovním a bitovým vodičem,
FLASH NOR pouze jeden paměťový tranzistor
FLASH NAND- skupina pam. tranzistorů
W0
W1
B0
B1
Paměť FLASH NAND programování i mazání - tunelováním elektronů
NAND relativně pomalý náhodný přístup (odezva – uS), rychlý přenos dathromadné čtení- sekvenční přístup
Rychlost FLASH NAND ( např. SSD,..) při čtení – dána hromadným paralelním
čtením mnoha tisíc paměťových buněk do vnitřní vyrovnávací paměti stránky
(RAM), z které se pak data čtou rychle sekvenčně na výstup
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
9
Nevolatilní paměti FLASH NAND
Paměť FLASH NAND – pouze jako externí datové paměťové médium (uložení progr.
kódu - před vykonáváním se kód musí načíst do operační paměti („Boot“)
FLASH NAND relativně pomalý náhodný přístup (odezva – uS), rychlý přenos dathromadné čtení- sekvenční přístup
Rychlost FLASH NAND ( např. SSD,..) při čtení – dána hromadným paralelním
čtením mnoha tisíc paměťových buněk do vnitřní vyrovnávací paměti stránky
(RAM), z které se pak data čtou rychle sekvenčně na výstup
FLASH NAND – postupná degradace- poškozování pam. buněk při zápisu,
nutná kontrola a potřebná správa chybných bloků uživatelským prog.
Viz též též snižování kapacity paměti FLASH NAND na pam. kartě, USB- FLASH,..
(V paměťové kartě – správa chybných bloků zajištěna interně řadičem na kartě)
Velké kapacity pamětí GByte,…
Paměti FLASH NAND – podstata SSD (Solid State Disk)
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
10
Nevolatilní paměti FRAM
FRAM Ferroelectric RAM – typicky jako paměť konstant (někde jako paměť)
programu), velmi rychlé přepisování – jako čtení, výhoda- velký počet zápisůřádově miliony
FRAM relativně náročná konstrukce, - relativně malé kapacity,
obvykle jednotky - desítky KByte,
Použití FRAM jako paměti konstant ve vestavném zařízení
Rychlý zápis do FRAM – podobně jako v SRAM
Zachování aktuálního obrazu periodicky přepisovaných dat
Pří výpadku napájení- není třeba dlouhé doby pro „záchranu“ důležitých dat.
např. aktuální nastavení přístroje, poslední změřené hodnoty
V některých případech FRAM – jako vnitřní paměť programu (a dat) mikrořadiče –
TI- Texas Instruments (některá varianta MSP430)
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
11
Volatilní paměti (Read / write memory)
Read/ write memory
Paměti s náhodným (libovolným přístupem RAM), paměti s ( „omezeným“),
přístupem – sekvenční - přístup paměti FIFO,…
Statické paměti SRAM,
Informace zůstává uložena v paměti po dobu přítomnosti napájení bez potřeby „
obsluhy“,
Dynamické paměti
DRAM- dynamické paměti RAM
informace uložena ve formě náboje na paměťovém kapacitoru, paměťová buňka –
1 bit – 1 kapacitor + 1 výběrový tranzistor MOS
(paměť „postupně zapomíná, je nutno informaci ze všech buněk periodicky přečíst a
obnovit)
Potřebné periodické obnovování informace s intervalem řádu zlomek sekundy
SDRAM – synchronní paměť DRAM
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
12
Volatilní paměti (Read / write memory) SRAM
SRAM – statické paměť RAM
Statická paměť – informace zůstane uložená
v paměti po celou dobu, pokud je připojeno napájení,
bez potřeby jakékoliv formy obnovování informace
Informace - uložena ve bistabilním klopném
obvodu. Pam. buňka, 1 bit – 6 tranzistorů,
SRAM - v mikrořadiči jako vnitřní paměť,
(operační paměť), obvykle jako paměť dat
Ucc
/B
B
T3
T4
W
T6
T5
T1
T2
Pokud se z SRAM nečte – má v klidu velmi malý proudový odběr. Možnost uchování
obsahu i při sníženém napájecím napětí - režim v klidu STAND BY
SRAM v mikrořadiči může být využita i jako rychlá paměť programu
Rychlost SRAM je vyšší, než je rychlost FLASH
High speed USB Řadič Cy7C68013A – jádro 8- bitového mikroproc. -8051
(Mikr. s 8051 - obvykle pam. prog. v NOR FLASH)
Rychlé SRAM 16kByte na čipu Cy7C68013 - jako pam. prog.
Boot programu z ext. sériové EEPROM 24C256 (32 kByte, rozhraní IIC Bus)
Podobně – signálových procesorů
BOOT programu z externí sériové FLASH s rozhraním SPI do rychlé vnitřní SRAM
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
13
Dynamické paměti
DRAM - dynamická pamět RAM
Informace uložena ve formě náboje
na paměťovém kapacitoru CP , pam. buňka
1 kapacitor CP + 1 tranzistor MOS – T1
Kapacita CP malá, hluboko pod 1 pF
W
řízení zap.
B
CP
řízení
T1
snímací
zes.
čtecí a
zapis.
zesil.
C
DI/O
Vybíjení kapacitoru - potřebné periodické obnovování informace (refresh)
s intervalem řádu zlomek sekundy
SDRAM – synchronní paměť DRAM
Čtení, zápis se děje pouze synchronně s vnějším hodinovým signálem
SDRAM – synchronous dynamic RAM s každou náběžnou hranou CLK,
DDR Double Data Rate – s každou (tedy náběžnou i spádovou hranou)
(synchronní systém - analogie- cesta metrem, mohu nastoupit a odjet jen v okamžiku
daném rytmem dopravy např. Dejvická- 21:00, 21:10, 21:20, ale nemohu odjet ve
21:15)
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
14
Procesor pro vestavné aplikace- mikrořadič
mikroprocesor
CPU
paměť
programu
paměť dat
vnější zařízení
vst.- výst.
V/V
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
řídicí
sběrnice
progr.
řadiče
datová
sběrnice
adresová sběrnice
Mikroprocesor -historický vývoj
Intel 4004 Mikroprocesor,
Intel 8008 8- bitový
Intel 8080 – široce rozšířený 8- bit.mikroproc.
Jednočipový mikropočítač – Intel 8048
Single chip microcomputer
(později označované jako microcontroller
(8048 zcela odlišná instr. sada od 8080)
8048 ROM – pam. progr. RAM- pam,. dat.
vstupy – výstupy
čítač, přerušení
požadavky
činností
15
Mikroprocesory pro vestavné aplikace 8051 – rysy
Intel 8051, paměť ROM 4 kByte, paměť RAM 128 Byte, UART,
řadič přerušení,2x čítač
Modifikace
Intel
8052 ROM 8 Kbyte, RAM 256 Byte, 3x čítač
Varianta Intel 8751 EPROM 4 kBbyte
UV zářením mazatelná paměť EPROM
Velké rozšíření řady 8051), zkráceně ´51
U Intel – označeno MCS51
Microcomputer set 51)
Firma Atmel AT89C51, AT89C52,
První uživatel jádra ´51 po Intel
Hromadné rozšíření, příhodná cena, paměť FLASH – programovatelná externě –
v přístroji – „ programátor“
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
16
Mikroprocesory pro vestavné aplikace – rysy
8051 – vývoj
stále používaná architektura,
Firma Zilog v r 2013 nově začala používat také ve svým mikrořadičích
Paradox – Zilog má dlohou dobu ( pře 30 let)vlastní architekturu mikrořadiče Z8
Z8 -lepší , než 8051
Další uživatelé jádra ´51 Silicon laboratories, Microchip, NXP, Texas Instruments, řada čínských výrobců
Doplnění řadou výkonných poeriferi, ADC, DAC, čítače,.. ( uroveń periferií
značně přerostla úroveń vlastního jádra)( „turbo Trabant“
Proč 8051 ? dostupné nástroje,překladače,..
Integrace ´51 architektury do SoC – system on a chip (Texas Instruments,
Infineon,…)
Vhodné pro aplikace nenáročné na výpočetní výkon
( Intel architeltura I80C196 ( označené jako MCS96) 16- bitová, pokročilejší,
(vhodná pro překladač C) oproti 8051, historicky zapadla, stará ´51 se
vyrábí – technický paradox.
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
17
Mikroprocesory pro vestavné aplikace – rysy
Široké spektrum procesorů pro vestavné aplikace
od 4 – bitových po 32 – bitové
Historický typ – jádro 8051, stále využívané desítkami výrobců
Atmel AT89C 51,…
jiná řada Atmel AVR, AT Mega www.atmel.com
Motorola – Freeescale rodina 68HC08, (68HCS908,…) rodina 68HCS12
a vyšší typy
ST Microelectronics STM8 8- bitový proc.
firma Microchip , procesory PIC,
8- bitové mikrořadiče – relativně nízký výpočetní výkon,
Instrukce násobení 8x8 bitů, u některých typů 16x 16 bitů
Jednoduché komunikační řadiče UART, USART
Moderní specializované 8- bitové mikrořadiče- rozhraní CAN, LIN, někdy USB
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
18
STM8S105
Mikrořadič, jednočipový
mikropočítač pro vestavné
aplikace 8- bitový
obdobné periferie jako
vyšší procesory
I2C, SPI, ADC, PWM, Čítače
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
19
Mikroprocesory pro vestavné aplikace – 16 bit.
16 – bitové mikrořadiče Siemens, (Infineon) 80C166,..
Texas Instruments MSP430 16 bitový proc., nízká spotřeba, www.ti.com
japonské firmy Fujitsu, Nes, Renesas, 8, 16 bitové proc.
Signálové procesory Analog Devices, Texas Instruments, Freescale
aplikace – jednočipové, nebo i externími sběrnicemi
možnost připojení externí SDRAM, možnost oprač. systému ( uCLinux., Linux)
Texas Instruments – kombinace DSP a procesoru ARM v jednom pouzdře
DSP – viz. příslušná přednáška A4M38AVS
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
20
Procesory s jádrem ARM pro vestavné aplikace
Nyní trend – používat jádro ARM firma ARM www. ARM. COM
nejdříve jádro ARM 7, a především, jádro –
pro vestavné aplikace – jednočipová varianta
ARM Cortex M3,
ARM Cortex M0
další typy jádro ARM Cortex M4 (funkce DSP), ARM 9, ARM 11,
ARM Cortex A9
vyšší typy - již spolupráce s externími sběrnicemi , připojení SDRAM
Externí SDRAM, 32, 64, 256,… a více MByte,
portování Linux – procesory s MMU(Memory Management Unit)
Omezená verze uCLinux, (procesory bez MMU - např. jádro ARM Cortex M3)
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
21
Signálové procesory pro vest. aplikace
DSP pro vest. aplikace- oproti původní variantám- určeným především pro
zpracování audiosignálu – doplněny periferiemi a komunikačními
rozhraním- srovnej Analog Device typ ADSP BF533 a typ ADSP504F
ADSP BF533
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
22
Signálový procesor ADSP BF504
ADSP BF504 F, jádro Blackfin BF5xx, ale doplněno periferiemi pro vestavné
aplikace.
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
23
ADSP BF504F/ BF506F - hlavní rysy
Two 32-bit up/down counters with rotary support
Eight 32-bit timers/counters with PWM support
Two three-phase 16-bit center-based PWM units
Two dual-channel, full-duplex synchronous serial ports
(SPORTs), supporting eight stereo I2S channels
Two Serial Peripheral Interface (SPI) compatible ports
Two UARTs with IrDA® support
Parallel peripheral interface (PPI), supporting ITU-R 656 video data formats
Removable storage interface (RSI) controller for MMC, SD, SDIO, and CE-ATA
Internal ADC with 12 channels, 12 bits, and up to 2MSPS
Controller Area Network (CAN) controller
Two-wire interface (TWI) controller
12 peripheral DMAs, Two memory-to-memory DMA channels
Event handler with 52 interrupt inputs
35 general-purpose I/Os (GPIOs), with programmable hysteresis
On-chip PLL capable of frequency multiplication
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
24
STM32F10x jako příklad bloků mikrořadiče
STM32F1x
jako příklad bloků a periferií
mikrořadiče pro vestavné
aplikace
Obdobně uP s jádrem ARM
firma NXP, Ti, Sillabs,
Infineon, Toshiba,
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
25
Hlavní bloky procesoru pro vestavné aplikace
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
CPU – vlastní jádro procesoru
vnitřní paměť programu (ve formě ROM, Flash nebo SRAM)
vnitřní paměť dat – SRAM
Generátor hodinového signálu , vnější s XTAL ( krystalem), vnitřní RC –
méně přesné – jednotky procent, možná kalibrace
resetovací obvod ( Reset, Por,..)
dohlížecí obvod Watch dog
monitorovací obvod – kontrola napájení, monitorování teploty čipu,
zálohování napáj. vybrané SRAM
obvod reálného času RTC (Real Time Clock)
jednotky čítačů, časovačů, (jednotky PCA – programmable counter array,
funkce input capture, output compare, high speed output) ,generátory
PWM,
vnitřní sběrnice,
číslicové vstupně výstupní piny,
analogové vstupy,
analogové výstupy
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
26
Hodinový generátor
Pro každý procesor- nutný hodinový signál , potřebný hodinový generátor
Prostý generátor s XTAL (krystal), pevná frekvence
Generátor + děličky pro nižší frekvence, (mikrořadič AT89C51RC2, ,)
Generátor s PLL (Phase Locked Loop)), možné programování frekvence
hodinového generátoru
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
27
Obvod PLL pro generování hodinového signálu
-PLL- „Phase lock loop“ - obvod fázového závěsu
Možno programově nastavit frekvenci hodinového generátoru
(Viz výklad na přenášce, jízda dvou cyklistů vedle sebe se zařazeným s rozdílným převodovým stupněm)
PLL- standardně v současných mikrořadičích, možnost dynamicky měnit frekvenci
hod. signálu a tak i měnit výkon a proudovou spotřebu
Růst frekvence - růst výkonu výpočetního - ale i růst příkonu- elektrického
příklad PLL v
ADSP BF504F
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
28
Příklady oscilátorů v STM32
HSE high speed ext. osc. HSI high speed int. osc.
LSI low speed int. RC osc.
(40 kHz)
LSE low speed ext osc. 32768 Hz
LSI i LSE (i pro autowake)
Obdobně i jiné mikrořadiče
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
29
Dohlížecí obvod ADM706
Power supply voltage monitor
-ADM706 T VREF = 3,08 V
MR manual reset (debounced
- ošetřeny odskoky reset. tlačítka)
Watchdog timer 1, 6 s
reset impuls 200 ms
garance /RESET i při UCC = 1V
Procesor musí vygenerovat
impuls do 1,6 s přivedený
na vstup WDI (Watch Dog Input)
jinak je resetován
-asi zbloudil program a je třeba
ukončit jeho činnost
(Analogie- řízení auta, opatření proti usínání řidiče, musí stále na spolujezdce mluvit)
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
30
Dohlížecí obvod ADM706
Generování Reset podle výstupu
watch dog, vstupem manual reset
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
31
Dohlížecí obvod ADM706
Power supply voltage monitor
-ADM706 T VREF = 3,08 V
MR manual reset ( debounced)
watchdog timer 1, 6 s
reset impuls 200 ms
garance /RESET i při UCC = 1V
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
32
Dohlížecí obvod ADM691
-
RAM write
protection, /CEIN,
/CEOUT
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
33
Reset STM32F1xx
Reset procesorů –
Uvedení do výchozího stavu po zapnutí napájení
Uvedení do výchozího stavu po zásadní chybě (návaznost watch dog)
Zastavení procesoru – zamezení nesprávné činnosti
Při vnitřní reset- výstup reset signálu pro vnější obvody, výstup typu
„Open Drain“
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
34
Čislicové vstupně – výstupní piny, možné konfigurace
V/V piny -konfigurace,
Vstupní pin
Výstup- pin „Push Pull“,
Výstup otevřený kolektor
(Open Drain)
Pull – up rezistor
Pull – down rezistor
příklad na STM32F10x
Obdobně i u mikrořadičů
jiných výrobců
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
35
Analogové vstupy, převodníky A/D
Aproximační převodníky A/D, váhové kapacitory, někdy též sigma delta A/D
- obvykle není vnitřní analogový buffer (zesilovač) nutno zajistit buzení,
chování – kapacitní zátěž , typ 10 pF,
Pozor – rychlé nabití při odběru vzorku, nutný vnější budič nebo blokování
vnějším C ( ? podle situace a rychlosti změny vnějšího signálu)
U uP, často vnitřní napěťová reference, s band gap,
STM 32 nemá vnitřní referenci pro A/D, samostatný vstup. ref. napětí
Převodníky A/D a D/A – mají často návaznost na DMA (Direct Memory Access)
Rychlé měření, synchronní odběr vzorků bez účasti procesoru
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
36
Převodníky A/D
Přídavné funkce logiky pro práci s převodníky A/D
(„funkce analog watchdog“ ),měření napětí a porovnání jeho velikosti s
nastavenými mezemi- prahy hlídání mezí změřeného napětí , jeden kanál
nebo všechny kanály, (horní, nebo dolní mez)
Při porušení mezí - vybočení z mezí- signalizace - příznakem, nebo případně
přerušení procesoru odlehčení,
Monitorování napětí bez programové účasti procesoru,
Provedení u STM 32
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
37
Převodníky D/A
1, 2, někdy i 3 D/A, váhový převodník D/A /(s odporovou síťí)
D/A na čipu mikrořadiče – rozlišení typicky do 12 bitů.,
Někdy též převodníky D/A sigma delta, - audiocodec- externí, pro generování
audiosignálu (zvukový signál)
Interní převodník D/A na čipu mirořadiče - Generování pevného nebo
proměnného napětí, programově ovládané, někdy též pomocí DMA
přenos dat z paměti do D/A danou frekvencí
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
38
Rozhraní pro paměťové karty, SPI
Připojení paměťových karet MMC, SD v základním módu – možné pomocí
rozhraní SPI ( příp. i prostým programově ovládanými vst. výst. piny)
Paměťová karta, adresace po blocích 512 Byte,
Je možno pracovat s FAT, ale je možné mít i vlastní formát záznamu
(Možnost- atypicky –pro experimenty lineární adresování bloků bez FAT)
Doporučení – využívat FAT (File Allocation Table)
Pam. karty MMC, SD - možno při zjednodušení připojit i jen pomocí rozhraní SPI,
relativně pomalý přenos
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
39
Rozhraní pro paměťové karty
Připojení paměťových karet MMC, SD pomocí specializovaného rozhraní SDIO
Rozhraní SDIO- možnost vysokých rychlostí přenosu dat do karty zmikrořadiče
10 MByte /sec a více.
Paměťová karta – jako externí paměťové medium pro záznam dat,…
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
40
Rozhraní pro I2S
Připojení audiokodeků (A/D a D/A převodníků pro audiosignály)
Jednosměrná synchronní komunikace
Rozhraní I2S - typicky v signálových procesorech
Nastavení parametrů kodeku, příp. možné pomocí rozhraní I2C Bu
(data - prostřednictvím I2S, nastavení I2C Bus)
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
41
Rozhraní UART
UART Universal Synchronous Asynchronous Transceiver Receiver)
pro asynchronní komunikaci
mikrořadiče – obsahují min. jeden obvod UART (mimo nejjednodušších typů)
USART (Universal Synchronous Asynchronous Transceiver Receiver)
synchronní přenos
UART(často s využitím přenosu prostřednictvím rozhraní RS232) - velmi často
využíván ve vestavných zařízeních – pro pomalý přenos dat.
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
42
Spolupráce procesoru se sběrnicemi
Přenos dat po externí sběrnici procesoru- obecně (adresy, data, říd. signály)
A15 - A0 , a více
adr. sběr.
D7 - D0, a více
dat. sběr.
WR
říd. sig.
RD
A15
A0
MPR
D7
D0
A15
A0
pam.
blok
D7
D0
WR RD
A15 - A0
D7 - D0
WR
RD
zápis
čtení
ADR
ADR
platná adresa
data z MPR
C
/RD
data z pam.
platná data
tDV
A15 - A0
platná adresa
D8 - D0
platná data
Z
WR
t
WP
tDWH
platná data
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
43
Externí sběrnice pro paměti - STM32F2x
Čtení na sběrnici STM32F2xx
A
Address bus
D
Data bus
NEx Chip select
NOE Output Enable
NWE Write Enable
NBL1 Upper Byte Enable
NBL0 Lower Byte Enable
Možnost připojit vnější statické paměti SRAM k procesoru
N – symbolizuje aktivitu signálu v ve stavu „L“
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
44
Externí sběrnice STM32F2x - STM32F2x
-Zápis na sběrnici STM32F2xx
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
45
Spolupráce STM32F2xx s externími pamětmi
-Možné modifikace chování procesoru STM32F2xx na externí sběrnici pro
spolupráci s
• SRAM ( Statická) RAM)
• PSRAM (Pseudo Static Ram),
• paralelní NAND Flash,
• paralelní NOR Flash
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
46
Vnitřní sběrnice STM32
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
47
Zápis na sběrnici DSP BF 533
Zápis do externí asynchronní SRAM s využitím externích sběrnic ADSP BF533
Podobně mohou být připojeny paměťově mapované výst. brány (registr 74LVC574)
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
48
Čtení na sběrnici ADSP BF533
Čtení dat z externí asynchronní SRAM s využitím externích sběrnic
Obdobně mohou být připojen paměťově mapované vstupní brány - 74LVC245
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
49
Spolupráce ADSP BF 533 s SDRAM
SDRAM Synchronní dynamická RAM
CLKOUT – hodinový signál pro synchronizaci spolupráce s SDRAM
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
50
Desky typu „evaluation board“
Desky pro seznámení s daným procesorem
často je součástí dodávky emulátor
STM8, vývoj. deska Texas. Insruments -Stelaris
A4M38AVS, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha
51
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