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

Transkript

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

2 Představení, kontakty Jan Fischer, kat. měření, míst. 441/1 blok B3, přednáška, cvičení od kancelář 441/1 blok B3, laboratoř 316a blok A3 konzultace středa od v 340, (příp. pondělí od 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 2

3 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

4 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

5 Oblasti vestavných systémů Příklady - fotografie aplikací vestavných systémů folie č. 6 až 14. Nike Fuelband 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 5

6 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,.. A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 15

7 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, I 2 C, I 2 S, 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 16

8 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

9 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 ) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 18

10 STM32F0Discovery kit STM32F051R8T6 microcontroller 32-bit ARM Cortex-M0 core 64 KB Flash, 8 KB RAM STlink / V2 + prototypová deska A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 19

11 STM32LDiscovery kit STM32L152RBT6 microcontroller ARM CORTEX - M3 core pouzdro LQFP KB Flash, 16 KB RAM, 4 KB EEPROM LCD malé segmenty kapacitní klávesnice STlink / V2 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 20

12 STM32F3Discovery kit STM32F303VCT6 microcontroller 32-bit ARM Cortex-M4F core (podpora floating. poit. arit.) 256 KB Flash, 48 KB RAM LQFP100 package STlink / V2 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 21

13 STM32F4Discovery kit STM32F407VGT6 microcontroller 32-bit ARM Cortex-M4F core, (podpora floating. poit. arit.) 1 MB Flash, 192 KB RAM LQFP100 package STlink / V2 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 22

14 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 Kč, 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

15 Hodnocení Účast na cvičeních povinná 2 x hodnocená úloha (5 +5 b)., studie 5 + samostatný projekt 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 v míst 340 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 24

16 ARM - historie ARM - RISC procesory původ britská firma Acorn, procesory - stolní počítače později vývoj vlastního procesoru ARM1 v r. 1985, ARM 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

17 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

18 ARM ARM - RISC procesory (pojem RISC) ARM7TDMI 32- bitový procesor, data 32 bitová, (tedy registry 32 bitů) adresa 32 bitů, adresní prostor 2 32 = 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

19 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) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 28

20 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 A 0 =1 (kód instrukce je 16- bitový, tak reálná adresa má A 0 =0, ale právě požadavek skoku na adresu s A 0 =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 D 0 = 0, nebo D 0 =1 odpovídajícím adresovému bitu A 0 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 29

21 Cortex family použit podkladový materiál firmy ARM Cortex-A8 Architecture v7a MMU AXI VFP & NEON support Cortex-R4 Architecture v7r MPU (optional) AXI Dual Issue Cortex-M3 Architecture v7m MPU (optional) AHB Lite & APB A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 30

22 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 31

23 Jádro ARM Cortex M3 literatura Volně dostupné materiály: Sadasivan S.:An Introduction to the ARM Cortex-M3 Processor ( DUI 0552A_Cortex - M3 devices generic user Guide ( DDI 0337E Cortex -M3 Revision: r1p1 Technical Reference Manual ( DDI 0403 ARM v7-m Architecture Reference Manual ( dostupný po zaregistrování) (podrobný popis architektury ARMv7M do které spadá i ARM Cortex M3) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 32

24 Procesor STM32F100x - literatura Volně dostupné materiály: katalogový listk STM32F100x: STM32F100x4 STM32F100x6,STM32F100x8 STM32F100xB (Doc ID Rev 5) podrobný referenční manuál: RM0041 Reference manual STM32F100xx advanced ARM-based 32-bit MCUs ( A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 33

25 Literatura The Insider s Guide To The STM32 ARM Based Microcontroller An Engineer s Introduction To The STM32 Series 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 34

26 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 35

27 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) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 36

28 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) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 37

29 Adresový prostor ARM Cortex M3 - A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 38

30 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 A 0 = 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. A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 39

31 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

32 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 NAVESTI ; skok na adresu, kde je uvedeno navesti NAVESTI BL NAVESTI ; skok NAVESTI a ulozeni navratove adresy do LR BX LR ; skok na adresu umistenou v registru LR BEQ NAVESTI ; skok na NAVESTI podle vysledku predchozi instrukce, ; tj. skok pri vysledku rovno nula BNE NAVESTI ; skok na NAVESTI podle vysledku predchozi instrukce, ; tj. skok pri vysledku nerovno nula A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 41

33 Popis instrukci pouzitych v programu LED_BLIK: Instrukce aritmeticke: SUB R0, R1, #1 ; R0 = R1-1 SUBS 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 42

34 STM32F100 - Cortex-M3 CPU MHz JTAG/SW Debug Nested vect vectit IT Ctrl Ctrl 1 x Systick Timer 1 x DMA 7 Channels CRC 1x6x 16-bit PWM Synchronized AC AC Timer Timer Up Up to to Ext. Ext. ITs ITs Up Up to to I/Os I/Os 1x 1x SPI SPI 1x 1x USART/LIN Smartcard/IrDa Modem-Ctrl ARM Lite Hi-Speed Bus Matrix / / Arbiter (max (max 24MHz) 24MHz) Bridge ARM Peripheral Bus (max 24MHz) 4kB-8kB SRAM 1x 1x 12-bit ADC channels // 850ksps 2x 2x USART/LIN Smartcard // IrDa IrDa Modem Control 2x 2x I2C I2C A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 43 Flash Flash I/F I/F Bridge kB Flash Memory 20B 20B Backup Regs Clock Control ARM Peripheral Bus (max 24MHz) 1x16-bit timer with 2 IC/OC/PWM 2x16-bit timer each with 1 IC/OC/PWM 2 x 12bit DAC Temp Sensor Power Supply Reg Reg1.8V POR/PDR/PVD XTAL oscillators 32KHz + 3~25MHz Int. Int. RC RC oscillators 40KHz + 8MHz PLL PLL RTC // AWU 2x 2x Watchdog (independent & window) 3 x 16-bit Timer HDMI CEC CEC 2x 2x SPI SPI

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

36 Výstupy typu Push pull, open drain, Výstupy typu push pull výstup typu open drain U DD T 2 T 1 PMOS NMOS T 1 NMOS výstup typu open drain s vnějším pull up rezistorem U DD R PU T 1 out A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 45

37 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) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 46

38 STM32F100 IO brány vstup brány + 5 V tolerantní RM0041 str. 102 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 47

39 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.) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 48

40 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] LDR R2, =0x10 ORR R1, R1, R2 STR R1, [R0] ; Nacteni stavu registru RCC_APB2ENR do R1 ; Konstanta pro zapnuti hodin pro branu C ; Maskovani ; 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

41 Umístění registrů str. 36 RM0041 umístění konf. reg. v adresním prostoru bázová adresa PA 0x bázová adresa PC 0x A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 50

42 Registry V/V bran. A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 51

43 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 52

44 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

45 konfigurace bitů 7 až 0 (dolní Byte) - low A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 54

46 konfigurace bitů 15 až 8 ( horní Byte) - high A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 55

47 Konfigurace RM0041 str 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

48 Datový registr výstupní brány.output data register výstupní datový registr Vhodné A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 57

49 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 ) A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 58

50 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 A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 59

51 Vstupní brána Pro čtení tlačítka na PA0 (IDR input data register vstupní datový registr) Vhodné A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 60

52 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 0x zákl. adr. pro GPIOA 0x 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 0x GPIOC + offset 0x04 = 0x x GPIOC_CRH (konfigurace PC15 až PC8) výstupní registr brány PC + offset pro GPIOx_ODR 0x GPIOC + offset 0x0C = 0x C 0x C GPIOC_ODR výstupní registr pro PC 0x GPIOA_IDR registr vstupní brány PA A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 61

53 Používané adresy 0x GPIOC_CRH konfigurace PC15 až PC8 0x C GPIOC_ODR výstupní registr pro PC 0x GPIOA_IDR registr vstupní brány PA A4B38NVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 62