Procesory pro vestavné aplikace přehled

Transkript

1 Procesory pro vestavné aplikace přehled v A4M38AVS ČVUT- FEL, katedra měření, A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 1

2 Mikroprocesory pro vestavné aplikace rysy Široké spektrum procesorů pro vestavné aplikace od 4 bitových po 32 bitové Historický typ jádro 8051, stále využivané desítkami výrobců Atmel AT89C 51, jiná řada Atmel AVR, AT Mega Motorola Freeescale rodina 68HC08, (68HCS908, ) rodina 68HCS12 a vyšší typy ST Microelectronics STM8 8- bitový proc. firma Microchip, procesory PIC, Texas Instruments MSP bitový proc., nízká spotřeba, 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 A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 2

3 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 vestvné 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 typa již spolupráce s externími sběrnicemi externí SDRAM, 32, 64 a více MByte, portování Linux, nebo omezená verze uclinux ( procesory bez MMU memory Management Unit), A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 3

4 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, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 4

5 STM32F1x - A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 5

6 STM8S105 -Mikrořadič, jednočipový mikropočítač pro vestavné aplikace 8- bitový obdobné periferie jako vyšší procesory I2C, SPI, ADC, PWM, Čítače A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 6

7 Signálový procesor ADSP BF533 - A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 7

8 Signálový procesor ADSP BF504 ADP BF504 F, jádro jako BF533, ale doplněno periferiemi pro vestavné aplikace. A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 8

9 ADSP BF504F/ BF506F - hlavní rysy Two 32-bit up/downcounters 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, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 9

10 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, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 10

11 STM32F1x - A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 11

12 Hodinový generátor -Prostý generátor s XTAL, pevná frekvence generátor + děličky pro nižší frekvence, (AT89C51RC2 generátor s PLL, možné programování frekvence hodinového generátoru A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 12

13 Obvod PLL pro generování hodinového signálu -PLL- Phase lock loop obvod fázového závěsu možno programově nastavit frekvenci hodinového generátoru příklad PLL v ADSP BF504F A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 13

14 Oscilátory HSE high speed ext. osc. - HSI high speed int. osc. LSI low speed int. RC osc. (40 khz) LSE low speed ext osc Hz LSI i LSE (i pro autowake) A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 14

15 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 U CC = 1V A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 15

16 Dohlížecí obvod ADM706 -generování Reset podle výstupu watch dog, vstupem manual reset A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 16

17 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 U CC = 1V A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 17

18 Dohlížecí obvod ADM691 - RAM write protection, /CE IN, /CE OUT A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 18

19 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 A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 19

20 čislicové vstupně výstupní piny, možné konfigurace -V/V piny konfigurace, vstupní pin výstupní Push Pull, otevřený kolektor ( Open Drain) pull up rezistor pull down rezistor A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 20

21 Analogové vstupy, převodníky A/D aproximační 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, samostatný vstup. ref. napětí často návaznost A/D na DMA ( Direct Memory Access), A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 21

22 Převodníky A/D přídavné funkce logiky A/D, hlídání mezí změřeného napětí, jeden kanál nebo všechny kanály, ( horní, nebo dolní mez) příp. přerušení odlehčení procesoru, monitorování napětí, provedení u STM 32 A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 22

23 Převodníky D/A 1, 2, někdy i 3 D/A, váhový D/A /( odporová síť), někdy též sigma delta, generování pevného nebo proměnného napětí, programově ovládané, někdy též pomocí DMA, přenos dat z paměti do D/A danou frekvencí A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 23

24 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) Pam. karta, adresace po blocích 512 Byte, možno pracovat s FAT, ale i možné mít vlastní formát záznamu ( zkušenost, lineární adresování bloků bez FAT) A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 24

25 Rozhraní pro paměťové karty -Připojení paměťových karet MMC, SD pomocí specializovaného rozhraní A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 25

26 Rozhraní pro I2S -Připojení audiokodeků jednosměrná synchronní komunikace rozhraní I2S typicky v signálových procesorech nastavení parametrů kodeku, příp. možné pomocí I2C bus A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 26

27 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 A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 27

28 Připojení Smart Card -Smart Card, čipové karty, A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 28

29 Připojení CE ATA disku - A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 29

30 Vnitřní sběrnice STM32 - A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 30

31 Spolupráce procesoru se sběrnicemi - A 15 - A 0, a více adr. sběr. dat. sběr. říd. sig. D 7 - D 0, a více WR RD A 15 A A A 15 - A A 0 MPR pam. blok D 7 D 7 D 0 D 7 - D 0 D 0 WR RD WR RD čtení zápis ADR /RD platná adresa C ADR data z MPR platná adresa platná data A 15 - A 0 D 8 - D 0 data z pam. platná data WR Z t DV platná data t WP t DWH A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 31

32 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 N symbolizuje aktivitu signálu v ve stavu L A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 32

33 Externí sběrnice STM32F2x - STM32F2x -Zápis na sběrnici STM32F2xx A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 33

34 Spolupráce STM32F2xx s 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, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 34

35 Zápis na sběrnici DSP BF A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 35

36 Čtení na sběrnici ADSP BF533 - A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 36

37 Spolupráce ADSP BF 533 s SRAM -SDRAM Synchronní dynamická RAM A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 37

38 Desky typu evaluation board -desky pro seznámení s daným procesorem často je součástí dodávky emulátor STM8, Stelaris A4M38AVS, 2013, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 38