Přednáška 1 A4B38NVS - Návrh vestavěných systémů 2013, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 1

Přednáška 1 A4B38NVS - Návrh vestavěných systémů

2013, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer

A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

1

Představení, kontakty

Jan Fischer , kat. měření, míst. 441/1 blok B3, přednáška, cvičení od 18.00 kancelář 441/1 blok B3, laboratoř 316a blok A3 konzultace středa od 14. 15 v 340, (příp. pondělí od 17.45 v 316a blok A3) Vojtěch Vigner cvičení od 16.15, kat. měření, míst. 453 blok B3 kontakty s vyučujícími E- mail, posílat pouze ze své FEL E- mail adresy


2

Oblasti vestavných systémů Vestavný systém – co to představuje? „embedded system“, embedded microcontroller Systém s mikrokontrolérem je „zabudován“ přímo v zařízení a je s ním v přímé interakci Zařízení s vestaným systémem ( embedded) – dnes prakticky všechny přístroje kolem nás Doma – televizor, video, CD přehrávač, moderní radiopřijímač, mobilní telefon, fotoaparát, “kamera“, moderní („advanced“) hodinky myčka nádobí, pračka, (nová) lednička, GPS, „lepší“ holicí strojek, baterka - čelovka , Elektronické hračky el. hry, autíčka, pohyblivé hračky, panenky „s interakcí“, Automobil – více 10 vestavných mikrokontrolérů (řízení motoru, ABS, AES, nastavování mechanických dílů- sedačka, el. stahování oken, komunikace, zabudovaný radiopřijímač, navigace, řízení klimatizace,.. Dům – výtah, klimatizace, zabezpečovací a kamerový systém, přístupový systém, protipožární systém, řízení topení a klimatizace, síťové komunikační prvky pro Ethernet – switche, routery, A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

3

Oblasti vestavných systémů Obchod – prodejní terminál, elektronické váhy, mrazicí boxy, elektronické cenovky (segmentový LCD zobrazovač + přenost dat) .. Dopravní prostředky – obecně - vlak, letadlo, Malé (domácí) lékařské přístroje – osobní váha, glukometr,měřič tlaku, měřič tepu, krokoměr Velké lékařské přístroje – v nemocnicích – např. na operaním sále – řízení ventilace, sledování tlaku, dýchání,….- viz. filmy Komunikační technika – malé vysílačky (osobní, policejní, armáda, záchranné sbory) Existuje též pojem „deeply emebeded“ – poněkud zjednodušeně řečeno „systém je tak hluboce vestavěn, že si to uživatel ani neuvědomí“ Existují aplikace mikrokontrolérů a signálových procesorů přímo v řízení pulsního napájecího zdroje – řízení spínání tranzistorů,.regulace napětí, Řízení optických modulů – řízení velikosti proudu v laserovém modul pro komunikace po opt. vláknech,,.) Nářadí – momentový klíč ( s el. indikací – tenzometr +indikace), el. vrtačka,.. A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

4

Oblasti vestavných systémů Příklady - fotografie aplikací vestavných systémů folie č. 6 až 14. Nike Fuelband www.futurocube.com , Bosch, Petzl, Fit Bit, Sony SmartWatch MN2 , „Robotická koule“ Gosphero, Hapifork – hapilabs, Energizer, Wilkinson prezentace fotografii - pouze na přednášce, nejsou uvedeny v PDF kvůli omezení velikosti souboru – omezení redakčního systému WWW stránek


5

Základní bloky vestavného systému

Obecně – vestavný systém v zařízení obsahuje • • • • • • • •

.

mikrokontrolér ovládací prvky pro komunikaci s obsluhou (tlačítka, křížový ovládač, klávesnice - nyní často kapacitní) indikace ( LED,..) zobrazovač – LED, LCD senzory ( teplota, tlak, světlo, MEMS – zrychlení - náklon zomunikační rozhraní (sériové rozhraní – UART, USB, Ethernet, CAN, LIN, bezdrátová komunikace- blue tooth ) ovládání akčních členů (výkonové tranzistory – bipolární, FET, IGBT, relé, tyristory) akční členy (motorky – stejnosměrné - DC, krokové motorky - stepper, BLDC – brush less DC, asynchronní střídavé motory prčaka,..


15

Náplň předmětu A4B38NVS - přednášky •

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)

•

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, stabilizace napájení


16

Náplň předmětu A4B38NVS - cvičení •

Seznámení s IDE Keil pro ARM, pro STM32F100

•

Konfigurace výstupních bran STM32F100, ovládání výstupů a LED,

•

Generování impulsního signálu, čtení tlačítka

•

Časovací jednotka (schodišťový automat)

•

Ovládací jednotka se 7- seg. LED, ovládání posuvného registru 74HCT595, (1. hodnocená úloha) + zpráva

•

Sériová komunikace, využití UART, komunikace s RS232, zobrazení dat na LCD a PC (terminál) (2. hodnocená úloha) + zpráva

•

Samostatný projekt: Návrh systému pro sběr dat a monitorování 3._hodnocená úloha, studie k projektu, návrh a realizace, závěrečná zpráva),

•

Logické obvody CMOS- stat. parametry a jejich určení (skup. 2 stud.)

•

Logické obvody CMOS – dyn. parametry a jejich určení , buzení obvodu procesorem STM32, generování signálu o dané frekvenci (skup. 2 st.)

Test v semestru – 9. týden společný termín - na přednášce (v míst. 340) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

17

STM32VLDiscovery kit – používaný na cvičení STM32F100RB microcontroller, 32-bit ARM Cortex-M3 core 128 KB Flash, 8 KB RAM 64-pin LQFP STlink ( v1) STM32F103 – pouzdro 48 pinů, horní -

ladicí procesor

STM32F100 – pouzdro 64 pinů, dolní aplikační (uživatelský) procesor propojení procesorů ladicím rozhraním SWD ze zabudovaného ladicího nástroje ST- LInk („horní procesor“ STM32F103“)


18

STM32F0Discovery kit STM32F051R8T6 microcontroller 32-bit ARM Cortex-M0 core 64 KB Flash, 8 KB RAM STlink / V2 + prototypová deska


19

STM32LDiscovery kit STM32L152RBT6 microcontroller ARM CORTEX - M3 core pouzdro LQFP64 128 KB Flash, 16 KB RAM, 4 KB EEPROM LCD malé segmenty kapacitní klávesnice STlink / V2


20

STM32F3Discovery kit STM32F303VCT6 microcontroller 32-bit ARM Cortex-M4F core (podpora floating. poit. arit.) 256 KB Flash, 48 KB RAM LQFP100 package STlink / V2


21

STM32F4Discovery kit STM32F407VGT6 microcontroller 32-bit ARM Cortex-M4F core, (podpora floating. poit. arit.) 1 MB Flash, 192 KB RAM LQFP100 package STlink / V2


22

Cvičení – poznámky Ladění – „boot loader“, nebo pomocí SWD z kitu STM32VL Discovery Zapůjčení modulů STM32VLDiscovery, příp. i kont. pole na celý semestr Potřebné vybavení napájení + 5V ( např. z USB), příp. multimetr UNI-10A (zapůjčení multimetru ?) 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 - 220 Kč, www.nc.cz, využitelné i pro práci s jinými mikroprocesory pro vestavěné systémy – pro funkci Boot Loader) kit STM32VL Discovery- obsahuje ladicí nástroj STlink kity: STM32F0Discovery, STM3Discovery, STM32F4Discovery, STM32LDiscovery – obsahuje ladicí nástroj STlink/V2 (novější)

Možnost využití pro ext. ladění ladění jiného kusu procesoru STM32 Možno osadit – zapájet minimodul s STM32F050F6P6 a využít jej v projektu (Pro vážné zájemce – možnost exkurse do vývojového centra STMiroelectronics v Praze - ? listopad/ prosinec) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

23

Hodnocení Účast na cvičeních povinná 2 x hodnocená úloha (5 +5 b)., studie 5 + samostatný projekt 10 + 5 závěrečná zpráva zprávy, nutno řešit i nebodované úlohy + zpráva samostatná práce studentů, uvedení případ. informačních zdrojů), plagiátorství – ne !!! Domácí příprava – studium zadání, příprava programů, vývojový diagram, schéma V laboratoři – odladění úlohy, využití přístrojového vybavení povinná účast na cvičení dřívější dokončení a odevzdání poslední úlohy a zpráv, možnost dojít až pro zápočet Test v semestru (přibl. 9. týden) středa od 12.45 v míst 340


24

ARM - historie ARM - RISC procesory původ – britská firma Acorn, procesory - stolní počítače později vývoj vlastního procesoru ARM1 v r. 1985, ARM1 - 25 000 tranzistorů, 3 um technologie 4 MHz hod. sig. ARM2 ARM 3 Založena nová firma - Advaced RISC Machines Ltd. (majet. účast Apple, Acorn a VLSI) změna názvu architektury z „Acorn RISC Machine“ na „Advaced RISC Machine“ ARM 6 , procesor ARM610 pro PDA (Personal Digital Assistent) firmy Apple ARM7 v r. 1993, používán v PDA PSION firmy Acorn ARM7 TDMI doplnění ladicí rozhraní (D,I debug. interface) rozšířené možnosti násobičky (M) Thumb instrukční sada (T) - navíc 16- bitové instrukce ARM7 TDMI – nejlépe prodávaný procesor (jádro) u ARM ARM – orientace na přenosná zařízení, mobilní telefony,… rozvoj A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

25

ARM - historie ARM7 TDMI – - architektura ARM v 4T ( pozor, trochu se plete) ARM7TDMI používán i ve formě „microcontroller“ – jednočipový mikropočítač firma Philips (nyní navazující NXP) LPC 2105 procesor ARM7TDI, paměti Flash, RAM, periferie, řadič přerušení – vlastní varianta další firmy využívající ARM7TDMI: ATMEL, STMicroelectronics, Texas Instruments, Analog Devices,,…. u ARM7TDMI – v jádře - pouze dvě přerušení, firmy- vlastní implementace řadiče přerušení chybí dobrá podpora a spolupráce - řadič přerušení - jádro Firma ARM – úprava architektury pro potřeby „embedded“ microcontrolérů Architektura ARM v7M Cortex , (M značí microcontroller) doplněn NVIC Nested Vectored Interrupt Controller ARM - Cortex M3 - architektura ARM v7M, náš procesor na cvičeních Architektura ARM v4T – ovlivnila ARM v7M, , (občas bude na ni odkaz při vysvětlování instrukcí) Heslo ISA – „instruction set architecture“ architektura mající danou sadu instrukcí - obecnější pojem - poněkud širší rozsah míněných procesorů A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

26

ARM ARM - RISC procesory (pojem RISC) ARM7TDMI 32- bitový procesor, data 32 bitová, (tedy registry 32 bitů) adresa 32 bitů, adresní prostor 232 = 4 GByte ARM instrukční kód konstantní délky 32 bitů v těchto 32 bitech uložen: kód vlastní instrukce, případně - registr, přímá data, adresa architektura – typu Load, Store v instrukci jeden přenos dat mezi CPU a pamětí – není operace typu „read“, „modify“, „write“ ? jak řešit do 32 bitů kód i adresu přímé adresování relativně s omezeným rozsahem adresování registrem v jedné instrukci – pouze jedna operace s pamětí aritmetické a logické operace pouze s registrem A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

27

Pojem Word u ISA ARM The ARM je 32-bit architectura. V pojmy word, halfword použité v souvislosti s ARM: Word – míní se 32 bitů (čtyři bajty) Halfword míní se 16 bitů (dva bajty) Byte míní se 8 bits ( jeden bajt)

Většina ARM implementuje dvě instrukční sady 32- bit ARM Instruction Set – instrukce kódována word 16- bit Thumb Instruction Set – instrukce kódována halfword ARM CORTEX – M3 instrukční sada Thumb – 2 (jedna společná sada – „dohromady“ 16- i 32- bitové instrukce) (obsahuje Thumb a některé ARM)


28

ARM7 TDMI, instrukce ARM a THUMB ARM7TDMI instrukční sada ARM - 32 bitů instrukční sada THUMB – 16 bitů (úsporný kód, větší omezení na přímá data či adresy) procesory ARM: 16 – bitové instrukce Thumb 32 – bitové instrukce ARM Přepínání v programu, jaká sada instrukcí se používá, procesor běží:

v módu ARM (vykonává instrukce ARM 32 - bitové) v módu THUM (vykonává instrukce THUMB 16 - bitové) Instrukce ARM a THUMB není možno „míchat“, Přechod do THUMB - skok na adresu, kde nejnižší bit adresy je A0=1 (kód instrukce je 16- bitový, tak reálná adresa má A0 =0, ale právě požadavek skoku na adresu s A0=1 signalizuje požadavek na skok s přepnutím do režimu THUMB ) používají se instrukce skoku BX Rn , kde registr Rn obsahuje požadovanou adresu s příslušně nastaveným bitem D0 = 0, nebo D0=1 odpovídajícím adresovému bitu A0 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

29

Cortex family – použit podkladový materiál firmy ARM Cortex-A8

Cortex-R4

Cortex-M3

Architecture v7A MMU AXI VFP & NEON support

Architecture v7R MPU (optional) AXI

Architecture v7M MPU (optional) AHB Lite & APB

Dual Issue


30

Jádro ARM Cortex – M3 Firma ARM - nevyrábí vlastní procesory, pouze návrh jádra, Jádro v rámci licencí využívá mnoho výrobců (ST, NXP, TI, Atmel,..) ARM Cortex- M3 - definováno: vlastní 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 paměti a různé periferie přístupné v daném adresním prostoru více na www.arm.com A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

31

Jádro ARM Cortex – M3 literatura Volně dostupné materiály: Sadasivan S.:An Introduction to the ARM Cortex-M3 Processor (www.ARM.com) DUI 0552A_Cortex - M3 devices 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)


32

Procesor STM32F100x - literatura 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)


33

Literatura

The Insider’s Guide To 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 STM32F1xx • Přehledný zkrácený popis periferií STM32F1xx • Doporučeno pro získání prvního přehledu k použití periferiíSTM32, následně detailní studium referenčního manuálu k STM32, • Insiders Guide - dobrý proto to, zjistit, co se má vlastně hledat v dalších podrobných manuálech


34

Registry ARM Cortex M3 R0 – R12 obecné registry Dolní registry (low reg.) R0 – R7 přístupné všemi instrukcemi s přístupem k registrům. Horní registry (high reg.) R8 – R12 přístup pouze 32 bitovými instrukcemi s přístupem k registrům


35

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)


36

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)


37

Adresový prostor ARM Cortex – M3 -


38

Instrukční sada THUMB-2 v návaznosti na instrukce ARM ARM Cortex-M3 - instrukční sada Thumb -2 Instrukce Thumb (16- bitové) jsou doplněny 32- bitovými instrukcemi sada označená jako Thumb - 2, ARM Cortex M3 – používá sadu Thumb – 2 bez přepínání, je tedy stále v režimu Thumb a případný pokus o přepnutí do režimu instrukcí ARM (32 – bitových) vyvolá chybu, proto musí být u Cortex – M3 při požadavku skoku vždy nejnižší bit adresy A0= 1 16 – bitové instrukce Thumb – omezené možnosti – např. ve vzdálenosti adresy pro skok,…. možnost Unified Assembler Language (UAL) – společná syntaxe pro ARM a Thumb instrukce. Kód psaný s použitím UAL může být přeložen do ARM nebo Thumb instrukcí - to volí překladač- optimalizace na délku kódu.


39

Zápis programu pro Assembler ARM pole návěští, zcela vlevo –( nesmí tam být instrukce, ta je až v dalším poli – za mezerami, • pole instrukce, • pole operandu ( operandů), • pole komentáře za středníkem NAVESTI MOV R0, R1 ; kopie R1 do R0, R0 = R1 Instrukce presunu: MOV instr.přesunu mezi reg., příp. přímá data do reg. (zprava doleva) MOV R0, #1 instr. přesunu přímých dat ( omezená velikost) nezapomenout na # LDR instr. čtení z paměti do registru (zprava doleva) STR instr. zápisu z registru do paměti (zleva doprava !!!) •

Pseudo instruce LDR

R0, =0x200

(„vím co chci a ty to přelož, jak to půjde nejlépe“) podle velikosti konstanty to překladač přeloží jako přesun z paměti do registru a sám uloží danou konstantu do pevné paměti Code, nebo to přeloží jedinou instrukcí MOV obsahující data- viz disassembler, s využitím Barrel shifter (vezmi přímou konstantu, bitově ji posuň a tu ulož do registru) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

40

Popis instrukci použitých v programu LED_BLIK: Instrukce presunu: MOV R0, R1 ; kopie R1 do R0, R0 = R1 MOV R0, #1 ; kopie 1 do R0, R0 = 1 LDR R0, =0x200 ; pseudo instrukce kopie 0x200 do R0, R0 = 0x200 LDR R1, [R0] ; kopie hodn. na adr. v R0 do R1, R1 = hodnota z adr. v R0 STR R1, [R0] ; kopie hodnoty z R1 na adresu v R0 PUSH {R0,LR} ; ulozeni hodnoty v R0 a LR do zasobniku POP {R0,PC} ; vyzvednuti hodnoty ze zasobniku do PC a R0 Instrukce skoku: B BL BX BEQ BNE

NAVESTI NAVESTI LR NAVESTI

; skok na adresu, kde je uvedeno navesti NAVESTI ; skok NAVESTI a ulozeni navratove adresy do LR ; skok na adresu umistenou v registru LR ; skok na NAVESTI podle vysledku predchozi instrukce, ; tj. skok pri vysledku rovno nula NAVESTI ; skok na NAVESTI podle vysledku predchozi instrukce, ; tj. skok pri vysledku nerovno nula


41

Popis instrukci pouzitych v programu LED_BLIK: Instrukce aritmeticke: SUB R0, R1, #1 SUBS R0, R1, #1

; R0 = R1 - 1 ; R0 = R1 - 1 a nastaveni registru priznaku (PSR)

Instrukce logicke: BIC R1, R1, R2 ORR R1, R1, R2

; R1 = R1 & (/R2) - logicky soucin s R1 a negovanym R2 ; R1 = R1 | R2 - logicky soucet R1 s R2

Instrukce porovnani: CMP R0,#1 TST R0,#1

; R0 - 1 a nastaveni priznaku, ale hodnota v R0 se nezmeni ; R0 & 1 a nastaveni priznaku, ale hodnota v R0 se nezmeni


42

STM32F100

JTAG/SW JTAG/SWDebug Debug Nested Nestedvect vectIT ITCtrl Ctrl

11xxSystick SystickTimer Timer 11xxDMA DMA 77Channels Channels

FlashI/F I/F Flash

Cortex-M3 Cortex-M3 CPU CPU 24 24 MHz MHz ARMLite LiteHi-Speed Hi-SpeedBus Bus ARM Matrix / Arbiter (max 24MHz) Matrix / Arbiter (max 24MHz)

-

16-128kB 16-128kB Flash FlashMemory Memory

XTAL XTALoscillators oscillators 32KHz 32KHz++3~25MHz 3~25MHz 4kB-8kB 4kB-8kBSRAM SRAM

20B 20BBackup BackupRegs Regs

Clock ClockControl Control

Bridge Bridge Bridge Bridge

1x 1xSPI SPI 1x 1xUSART/LIN USART/LIN Smartcard/IrDa Smartcard/IrDa Modem-Ctrl Modem-Ctrl


(max 24MHz)

Up Upto to80 80I/Os I/Os

ARM Peripheral Bus

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

CRC CRC

1x6x 1x6x16-bit 16-bitPWM PWM

Power PowerSupply Supply Reg Reg1.8V 1.8V POR/PDR/PVD POR/PDR/PVD

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

43

V/V brány v STM32 Standardní vstupně - výstupní brány (není + 5 V tolerantní) na vstupu napětí do úrovně Udd

Odhad chování pinu ( ne + 5V tolerantního) brány STM32F100x na základě podoby s chování standardních vstupů CMOS např. 74HC04 Diskuse, možné důsledky nevhodného zapojení, důsledky - cvičení měření statických vlastností logických obvodů CMOS A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

44

Výstupy typu Push – pull, open drain, Výstupy typu „push – pull“

UDD T2 T1

PMOS NMOS

výstup typu „open drain“

T1

NMOS

výstup typu „open drain“ s vnějším „pull up“ rezistorem UDD T1


RPU out

45

Vstupy Vstupy – plovoucí – bez připojeného vnějšího signálu – problém stavu pull up rezistor – bez signálu definuje vysokou úroveň pull down rezistor – bez signálu definuje nízkou úroveň Alternativní funkce – logický signál- vedený na perieferie na čipu ( řadiče rozhraní UART, SPI,…. Analogový vstup – vstup převodníku A/D (analogo - číslicový)


46

STM32F100 IO brány vstup brány + 5 V tolerantní RM0041 str. 102


47

Tlačítko a LED na STM32VL Discovery Tlačítko – v klidu rozepnuté, na PA0 se čte L díky působení „Pull down“ rezistoru R21 stisk – čte se 1 , viz manuál UM0919 (Obvykle se tlačítka připojují proti zemi (GND), zde je opačné zapojení pro možnost demonstrace funkce „ probuzení“ procesoru z režimu spánku – „Wake – Up“.)


48

Konfigurace brány STM32F100x Po reset – jsou V/V brány neaktivní (i při zápisu dat do výstupního registru brány se na výstupu nic neprojeví) Nejdříve - aktivace hodinového signálu pro výstupní bránu (viz demo příklad na cvičení – použití brány PC) LDR R0, =RCC_APB2ENR ; Kopie adresy RCC_APB2ENR (APB2 peripheral clock enable register) do R0 LDR R1, [R0] ; Nacteni stavu registru RCC_APB2ENR do R1 LDR R2, =0x10 ; Konstanta pro zapnuti hodin pro branu C ORR R1, R1, R2 ; Maskovani STR R1, [R0] ; Ulozeni nove hodnoty

Následně – nutnost konfigurace každého používaného pinu V/V brány zápisem do konfiguračního registru Zápis dat do výstupního registru brány se projeví na výstupu pouze u pinů konfigurovaných jako výstupy. (Poznámka: pokud výstupní nebo vstupní pin, či další perierie, nereagují na zápis dat, je třeba zkontrolovat, zda je přiveden hodinový signál a pin správně konfigurován!!!) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

49

Umístění registrů str. 36 RM0041 umístění konf. reg. v adresním prostoru bázová adresa PA 0x4001 0800 bázová adresa PC 0x4001 1000


50

Registry V/V bran .


51

Vstupně – výstupní brána - registry Vstupně – výstupní brány jsou 16 – bitové Pro použití se musí nejdříve nakonfigurovat Řídicí registr 4 bity na konfig. jednoho bitu brány - celkem 16 x 4 = 64 bitů rozděleno do dvou řídicích CR (controll register) 32- bitových registrů CR_L pro dolních 8 bitů – pinů brány CR_H pro horních 8 bitů – pinů brány výst. dat. reg. ODR (output data reg.) dolních 16 bitů – prostý zápis dat do brány vstup. dat. reg. IDR (input data register) dolních 16 bitů prosté čtení dat z brány – čtení aktuálního stavu na pinech brány registr bit set /reset BSRR 32 bitů, zápis „1“ do horních 16 bitů „setuje“ – dává do 1, zápis „1“ dolních 16 bitů resetuje – dává do 0 registr reset BRR dolních 16 bitů, zápis „1“ dolních 16 bitů resetuje – dává do 0 registr LCKR – zablokování (lock) stavu


52

Registry V/V bran - rekapitulace GPIO General Purpose Input Output GPIO_CR = GPIO - Control Register (4 bity na pin brány), celkem 16 pinů x 4 = 64 bitů ve dvou registrech GPIO_CRH a GPIO_CRL , GPIO_CRH contr. reg. pro horní polovinu brány Px [15 až 8] GPIO_CRH contr. reg. pro dolní polovinu brány Px [15 až 8] GPIO_IDR = - GPIO - Input Data Register čtení stavu pinů GPIO_ODR = - GPIO- Output Data Register výstupní datový registr GPIO_BSRR = - GPIO - Bit Set Reset Register (vybrané piny do 1 nebo 0) GPIO_BRR = - GPIO - Bit Reset Register (vybrané piny do 0) GPIOx_LCKR = GPIO - Port config. lock register (zablok. proti změnám stavu pinu až do reset proc.- využití. pro spoleh. syst. + výklad) bezpečnost technolog. sytémů, .. Pozor - zápis do výstupních pinů – možný pouze do pinů nakonfigurovaných jako výstupy a s přivedenými „hodinami“, (častá chyba ….) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

53

konfigurace bitů 7 až 0 (dolní Byte) - low


54

konfigurace bitů 15 až 8 ( horní Byte) - high


55

Konfigurace RM0041 str. 103 4 bity pro konfiguraci jednoho bitu brány shodný způsob: STM32F103 STM32F105, 107 pouze odlišné adresy (další procesory STM32F050, STM32F407,.. odlišná konf. A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

56

Datový registr výstupní brány .output data register – výstupní datový registr

Vhodné


57

Port bit set/ reset Nastavování jednotlivých bitů brány, zápis 1 do bitů 31 až 16 nastavuje přísl. bit do 1, zápis 1 do bitů 15 až 0 nastavuje přísl. bit do 0 („úder zprava, úder zleva“) zápis 0 – příslušný výstupní bit se neovlivní (0 - „žádný úder“)


58

Reset výstupního pinu brány Zápis 1 do bitů 15 až 0 nastavuje přísl. bit do 0 (RESET), ( 1 nuluje, 0 nedělá nic) zápis 0 do registru neaktivní – neovlivní stav výstupu

Vhodné


59

Vstupní brána Pro čtení tlačítka na PA0 (IDR input data register – vstupní datový registr)

Vhodné


60

Určení adresy registru Potřeba znát základní adresu (bázová adr.) periferie (brány) –z Tab. 1 na str. 36 offset pro příslušný registr z Tab. 48 (str. 129) zákl. adr. pro GPIOC 0x4001 1000 zákl. adr. pro GPIOA 0x4001 0800 kontrol. reg. pro GPIOx_CRL pro bity 7 až 0 má offset 0x00 kontrol. reg. pro GPIPx_CRH pro bity 15 až 8 má offset 0x04 vstup. dat. reg. GPIOx_IDR offset 0x08 výst. dat. reg GPIOx_ODR offset 0x0C kontr. reg bit set/ reset GPIOx_BSR offset 0x10 kontr. reg. bit reset GPIOx_BRR offset 0x14 0x40011000 GPIOC + offset 0x04 = 0x40011004 0x40011004 GPIOC_CRH (konfigurace PC15 až PC8) výstupní registr brány PC + offset pro GPIOx_ODR 0x40011000 GPIOC + offset 0x0C = 0x4001100C 0x4001100C GPIOC_ODR výstupní registr pro PC 0x400110808 GPIOA_IDR registr vstupní brány PA A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

61

Používané adresy 0x4001 1004 GPIOC_CRH konfigurace PC15 až PC8 0x4001 100C GPIOC_ODR výstupní registr pro PC 0x400110808 GPIOA_IDR registr vstupní brány PA


62

Přednáška 1 A4B38NVS - Návrh vestavěných systémů 2013, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha J. Fischer A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 1

Recommend Documents