A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL. Přednáška , kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL

Přednáška 1

2011, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

1


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


Adresový prostor -

14


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


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


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


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

A4B38NVS, 2011, kat. měření, J.Fischer, ČVUT - FEL. Přednáška , kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

Recommend Documents