Vestavné systémy BI-VES Přednáška 10
Ing. Miroslav Skrbek, Ph.D. Katedra počítačových systémů Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze Miroslav Skrbek ©2010,2011 ZS2010/11
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Agenda • Architektury mikrokontrolérů a procesorů pro vestavné systémy • Vestavné procesory na bázi architektury x86 • Architektury vybraných vestavných systémů – – – –
PDA E-Book GPS navigace Digitální kamera
BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
2
Literatura • Texas Instruments, technical resources for development – Applications http://focus.ti.com/docs/solution/folders/pri nt/697.html • Intel® PXA27x Processor Family, Developer Manual, January 2006. http://www.datasheetarchive.com/Intel+PX A27x+Processor+Family+Developers+Ma nual-datasheet.html BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
3
Architektury mikrořadičů a vestavných procesorů • Střadačová – 8051(52), 80251, 68HC08
• Registrová – GPR • PIC24, dsPIC, x86
– RISC • ATmega • ARM
• Zásobníková – Jazelle (ARM Java Extension) BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
4
4-bitové mikropočítače • • • • •
MARC 4-bit RISC (ATMEL) Extrémně nízká spotřeba (<1ma) Až 8kB Flash Memory 256x4 RAM 2 x časovač, sériový interface, I/O
BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
5
8-bitové mikropočítače • • • • •
MCS51 (Intel), 8051, 8052. M68HC05, M68HC11 (Motorola) AVR (Atmel) PIC16F… (Microchip) ST52 (SGS Thompson)
BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
6
16-bitové mikropočítače • • • •
MCS251 (Intel) MCS96, MCS296 (Intel) M68HC12, M68HC16 (Motorola) MSP430 (Texas Instruments)
BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
7
Vestavné architektury x86 • • • •
Kompatibilní z hlavním proudem procesorů x86 Hlavní výrobci Intel a AMD Snadný vývoj, dostupnost vývojových aplikací Dostupnost ovladačů pro širokou škálu zařízení, zejména pro často užívaný operační systém Linux • Snadné použití operačních systémů na bázi Windows a Linux • Široká škála aplikací BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
8
Architektura Intel Atom Intel Intel Atom Atom
DDR2 DDR2
USB Audio
LVDS
SATA
Chipset Chipset
SDIO
SPI
LPC HDMI
BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
9
Architektury s FPGA Aplikační software
Aplikační hardware Čip
Mikrokontrolér
BI-VES, Přednáška 10
FPGA
Miroslav Skrbek ©2010,2011
Celá aplikace na jednom čipu Minimum vnějších součástek Možnost rekonfigurace stejně jako upgrade firmware
10
Intel Atom s FPGA Intel Intel Atom Atom
DDR2 DDR2 SPI, SMBus
FPGA FPGA
GPIO
Audio Video PCI Express
FPGA I/O
BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
11
Architektura ARM • Architektura RISC – 32 bitů • Široce užívané v mobilních systémech • Široká škála od mikrokontrolérů až po typy pro běh operačních systémů
BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
12
Architektura embedded procesoru Oscilátor systémových hodin
Řadič displeje
Rozhraní SD/MMC Rozhraní pro WLAN a Bluetooth
Jádro (ARM, x86, …)
Rozhraní pro CCD/CMOS senzor Rozhraní pro audio kodek
BI-VES, Přednáška 10
Řadič SDRAM
RTC Oscilátor 32768Hz
USB (On-The-Go)
Čítače/časovače
I2C
Řadič přerušení
UART
Řadič paměti a DMA
SPI
Řadič NAND Flash
Miroslav Skrbek ©2010,2011
GPIO
13
Architektura PDA Display+Touchscreen CCD/CMOS kamera
Krystal (zdroj hodin. signálu)
Audio Codec
Operační paměť (DDR) Flash
Embedded Processor
SIM
BI-VES, Přednáška 10
USB Tranceiver
Keyboard
SD/MMC
Komunikační rozhraní WiFi, Bluetooth, IrDa
GPS
Nabíjení Baterie Napájecí obvody Akumulátor
Miroslav Skrbek ©2010,2011
14
PDA • Hlavními bloky jsou – – – –
Embedded procesor, operační paměť a Flash Display s dotykovou obrazovkou Komunikační rozhraní (WiFi, Bluetooth) Multimedální rozhraní (CCD/CMOS kamera, audio kodek) – Rozhraní pro paměťové karty a SIM karty – Klávesnice (tlačítka) – Napájecí obvody
• Sortiment periferií je omezen jen ekonomickými a prostorovými důvody BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
15
Architektura E-Book Akcelerometr
Display+Touchscreen
Krystal (zdroj hodin. signálu)
Operační paměť (DDR) Flash
Embedded Processor
Audio Codec
USB On-The-Go Tranceiver + napájení USB zařízení
Keyboard
SD/MMC
Nabíjení Baterie Komunikační rozhraní WiFi, Bluetooth, IrDa, 3G
BI-VES, Přednáška 10
Napájecí obvody Akumulátor
Miroslav Skrbek ©2010,2011
16
E-Book • Hlavní komponenty jsou – – – – – – –
Embedded procesor, operační paměť a Flash Displej s dotykovou obrazovkou Čtečky karet USB rozhraní On-The-Go pro připojení USB Flash Komunikační rozhraní Klávesnice (tlačítka) Napájecí obvody
• Důraz je kladen na displej (typicky elektroforetický displej – elektronický papír), čtečky karet (jako zdroj dat) a vlastní procesor a USB rozhraní s funkcí USB host. BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
17
Digitální fotoaparát/kamera Mikrokontrolér (ostření, zoom)
Display
Krystal (zdroj hodin. signálu)
GPS
CCD/CMOS kamera
Audio Codec
Operační paměť (DDR)
TV výstup
Flash
Embedded Processor
TV
Keyboard
SD/MMC
Nabíjení Baterie Komunikační rozhraní RS232, USB, IEEE1394
BI-VES, Přednáška 10
Napájecí obvody Akumulátor
Miroslav Skrbek ©2010,2011
18
GPS navigace Display GPS
Krystal (zdroj hodin. signálu)
Senzory Akcelerometr, výškoměr, gyroskop, kompas
Audio Codec Operační paměť (DDR)
Embedded Processor Keyboard
Flash Nabíjení Baterie Komunikační rozhraní USB, Bluetooth
BI-VES, Přednáška 10
Napájecí obvody Akumulátor
Miroslav Skrbek ©2010,2011
19
GPS navigace • Hlavní komponenty – – – – – – – –
Embedded procesor, operační paměť a Flash GPS modul Displej Audio rozhraní Senzory výšky, teploty, akcelerometr, gyroskop, kompas Komunikační rozhraní (USB, Bluetooth) Klávesnice (tlačítka) Napájecí obvody
• Důraz kladen na GPS modul, displej pro zobrazení map, audio rozhraní pro navigování hlasem, klávesnici
BI-VES, Přednáška 10
Miroslav Skrbek ©2010,2011
20
