Procesory pro vestavné aplikace přehled, bloky v. 2014 A4M38AVS ČVUT- FEL, katedra měření, A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 1
Procesor pro vestavné aplikace- mikrořadič, struktura Procesorové jádro paměť programu ROM paměť dat - operační paměť ( R/W čtení- zápis) Možné bloky: Generátor hodinového signálu Reset genrátor - dohlížecí obvody Periferní obvody (čítače, komunikační řadiče UART, USART, ETHERNET, USB, Sériová rozhraní SPI, IIC Bus ADC, DAC, analogové komparátory Obvod reálného času - RTC Blok řízení napájení, vnitřní regulátor napětí adresová sběrnice mikroprocesor CPU datová sběrnice řídicí sběrnice paměť programu paměť dat vnější zařízení vst.- výst. V/V progr. řadiče požadavky činností A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 2
Typy pamětí podle uchování obsahu Dělení pamětí podle uchování informace po vypnutí napájení: Volatilní paměti Volatile memory obsah se po vypnutí napájení ztratí Nevolatilní Pevné - paměti Nonvolatile memory - obsah zachován při vypnutí napájení Dělení pamětí podle způsobu použití RWM Read Write Memory paměť pro zápis a čtení ( typicky jako datová paměť), jejich obsah se při činnosti procesoru obvykle mění Varianty RWM ( SRAM, DRAM, FIFO, dvoubránová,..) ROM Read Only Memory paměť s pevným obsahem, který se nemění (typicky jako paměť programu nebo konstant, které jsou dány ( napevno ), obsah je zadán technologicky maskami propojení při jejich výrobě proto také označení Mask ROM ROM typické použití- jako paměť programu mikrořadiče pro vestavný systém vyráběného ve velkých seríích PROM Programmable ROM použití vychází z ROM, avšak její obsah může uživatel nějakým způsobem nastavit (naprogramovat) jednou programovatelné OTP (One Time Programmable) PROM Mazatelné programovatelné paměti EPROM, EEPROM, FLASH A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 3
Typy pamětí podle způsobu přístupu Paměť synchronní, asynchronní Asynchronní paměť- okamžiky čtení, nebo zápisu jsou určeny okamžiky hran řídicích signálů, které mohou přicházet asynchronně- podle požadavku systému Asynchronní SRAM, ROM, NOR FLASH DRAM (staré typy DRAM), FIFO Synchronní paměť- veškerá činnost se děje v rytmu stálého hodinového signálu Synchronní SRAM, Synchronní NOR FLASH,DRAM - SDRAM, DDR, FIFO A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 4
Nevolatilní paměti NOR FLASH Paměti FLASH- NOR jako interní, příp. externí paměti programu, čtení kódu přímo při vykonávání, náhodný (libovolný) přístup paměťový tranzistor MOS, plovoucí hradlo floating gate, informace ve formě - náboj na plov. hradle náboj je náboj není tranzistor při čtení vede nevede Rychlé programování přivedení náboje na plov. hradlo horkými elektrony velká intenzita proudu I DS kanálem tranzistoru v pam. matici,trvání desítky mikrosekund na Bajt Programování v režimu Byte programming může se programovat po jednotlivých bajtech (předem vymazaná paměť) Mazání, mazání tunelováním pomalý proces trvání milisekundy, pouze buď celá paměť (bulk erase), případně celý blok (sector erase) W 0 W 1 S plovoucí hradlo G n + n + N kanál C 0 T C0 výst. obvod T F00 T F10 B 0 C 1 řídící hradlo izolant D P substrát. T C1 T F01 T F11 B 1 První paměti FLASH byly určeny jako alternativa EPROM- programování a mazání pouze ve specializovaném přístroji programátoru Programmer. Pro programování a mazání bylo zapotřebí zvýšené napětí + 12 V Ohledne programátorů- viz přiklady na www.elnec.sk A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 5
Nevolatilní paměti NOR FLASH jako paměť mikrořadiče Podobné paměti NOR FLASH použity jako paměť programu v 8- bitových mikrořadičích AT89C51, AT89C52, AT89C2051,..( 89C51 devítka značí přítomnost paměti FLASH) Programování je možné v paralelní formě pouze s využitím zvýšeného programovacího napětí + 12 V) (Paralelní programování- data a adresy se na mikrořadič přivádějí v paralelní formě) Postupný vývoj- úprava pamětí NOR FLASH nábojová pumpa na čipu, programování pouze s využitím standarních napě tových úrovní a napájení. ICP- In Circuit Programmable možnost programovat paměť FLASH mikrořadiče zapájeného v obvodu. Typicky se využívá sériového rozhraní- obvykle SPI (Serial Peripheral Interface), Např. AT89S51, AT89S8252,. (89S51 zde značí možnost sériového programování v obvodu) IAP In Application Programmable FLASH NOR na čipu mikrořadiče je možno programovat i uživatelským programem. IAP - také In Application Programming (STM32F207 cvičení), použití jako paměť uživ. konstant. Situace u současných mikrořadičů s jádrem ARM Cortex- M3 (M4, M0,.) - pro vestavné aplikace typicky paměť NOR FLASH s možností IAP. Program BOOT Loader- umístěn A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 6
Nevolatilní paměti NOR FLASH jako paměť mikrořadiče Využití IAP - modifikace části FLASH uložení uživatelských konstant a dat. (Kalibrační konstanty přístroje, jazyková lokalizace přístroje) Využití IAP - ve spolupráci s programem BOOT LOADER V paměti ROM na čipu mikrořadiče umístěn zavaděč, který se aktivuje zvláštním nastavením pinů (u STM32 piny BOOT 0, BOOT 1) ve spolupráci s nadřazeným počítačem čte data představující instrukční kód, který ukládá do paměti FLASH a který následně může spustit. Funkce BOOT LOADER typicky ve spolupráci s rozhraním UART, ale též USB, CAN, IIC BUS, SPI Funkce BOOT implementována v mikrořadičích s jádrem ARM CORTEX - M3 (a dalších CORTEX- M4, CORTEX-M0,.) snad všech výrobců Paměť NOR FLASH - omezený počet přeprogramování liší se podle výrobce a technologie Typicky 10 000 x až 100 000, (v některých výjimečných případech i jen 1000!!!) Zohlednit počet možných mazání a zápisů - případě, že se FLASH paměť používá jako paměť procesních dat- poslední naměřené hodnoty. A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 7
Nevolatilní paměti EEPROM EEPROM - elektricky programovatelná a mazatelná paměť, (po jednotlivých bajtech), často na čipu mikrořadiče jako paměť konstant, programování i mazání - tunelováním elektronů pomalý proces, (milisekundy), Částečně omezený počet zápisů (a mazání) podle typu 100- ky tisíc Paměť se před zápisem maže automaticky (pro uživatele to je transparentní) Pokud je na čipu mikrořadiče pam, EEPROM, je přístupná uživateli pro čtení i zápis (Paměť EEPROM je využita jako paměť telefonních čísel na kartě SIM v mobtelefonu,..) Paměť EEPROM - nyní nejčastěji používané- s malou kapacitou, jako paměť konfiguračních dat, informací o výrobku, pomocné konstanty, ukládání nezávisle na nikrořadiči. Současné EEPROM typicky se sériovým rozhraním IICBus(24C02, 24C256), SPI (25C256,..) Z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti je vhodnější, aby mikrořadič nepřepisoval svou vnitřní paměť FLASH (na čipu mikrořadiče), ale aby využíval externí nevolatilní paměť EEPROM (případně FRAM). A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 8
Nevolatilní paměti FLASH varianta NAND Požadavek zvýšení kapacity paměti ( hustoty paměťových buněk) i počtu zápisů a mazání vývoj paměti FLASH NAND Paměť FLASH NAND - skupina ( typ. 16) paměťových tranzistorů v matici mezi slovním a bitovým vodičem, FLASH NOR pouze jeden paměťový tranzistor FLASH NAND- skupina pam. tranzistorů W 0 W 1 B 0 B 1 Paměť FLASH NAND programování i mazání - tunelováním elektronů NAND relativně pomalý náhodný přístup (odezva us), rychlý přenos dathromadné čtení- sekvenční přístup Rychlost FLASH NAND ( např. SSD,..) při čtení dána hromadným paralelním čtením mnoha tisíc paměťových buněk do vnitřní vyrovnávací paměti stránky (RAM), z které se pak data čtou rychle sekvenčně na výstup A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 9
Nevolatilní paměti FLASH NAND Paměť FLASH NAND pouze jako externí datové paměťové médium (uložení progr. kódu - před vykonáváním se kód musí načíst do operační paměti ( Boot ) FLASH NAND relativně pomalý náhodný přístup (odezva us), rychlý přenos dathromadné čtení- sekvenční přístup Rychlost FLASH NAND ( např. SSD,..) při čtení dána hromadným paralelním čtením mnoha tisíc paměťových buněk do vnitřní vyrovnávací paměti stránky (RAM), z které se pak data čtou rychle sekvenčně na výstup FLASH NAND postupná degradace- poškozování pam. buněk při zápisu, nutná kontrola a potřebná správa chybných bloků uživatelským prog. Viz též též snižování kapacity paměti FLASH NAND na pam. kartě, USB- FLASH,.. (V paměťové kartě správa chybných bloků zajištěna interně řadičem na kartě) Velké kapacity pamětí GByte, Paměti FLASH NAND podstata SSD (Solid State Disk) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 10
Nevolatilní paměti FRAM FRAM Ferroelectric RAM typicky jako paměť konstant (někde jako paměť) programu), velmi rychlé přepisování jako čtení, výhoda- velký počet zápisůřádově miliony FRAM relativně náročná konstrukce, - relativně malé kapacity, obvykle jednotky - desítky KByte, Použití FRAM jako paměti konstant ve vestavném zařízení Rychlý zápis do FRAM podobně jako v SRAM Zachování aktuálního obrazu periodicky přepisovaných dat Pří výpadku napájení- není třeba dlouhé doby pro záchranu důležitých dat. např. aktuální nastavení přístroje, poslední změřené hodnoty V některých případech FRAM jako vnitřní paměť programu (a dat) mikrořadiče TI- Texas Instruments (některá varianta MSP430) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 11
Volatilní paměti (Read / write memory) Read/ write memory Paměti s náhodným (libovolným přístupem RAM), paměti s ( omezeným ), přístupem sekvenční - přístup paměti FIFO, Statické paměti SRAM, Informace zůstává uložena v paměti po dobu přítomnosti napájení bez potřeby obsluhy, Dynamické paměti DRAM- dynamické paměti RAM informace uložena ve formě náboje na paměťovém kapacitoru, paměťová buňka 1 bit 1 kapacitor + 1 výběrový tranzistor MOS (paměť postupně zapomíná, je nutno informaci ze všech buněk periodicky přečíst a obnovit) Potřebné periodické obnovování informace s intervalem řádu zlomek sekundy SDRAM synchronní paměť DRAM A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 12
Volatilní paměti (Read / write memory) SRAM SRAM statické paměť RAM Statická paměť informace zůstane uložená v paměti po celou dobu, pokud je připojeno napájení, bez potřeby jakékoliv formy obnovování informace Informace - uložena ve bistabilním klopném obvodu. Pam. buňka, 1 bit 6 tranzistorů, SRAM - v mikrořadiči jako vnitřní paměť, (operační paměť), obvykle jako paměť dat Ucc /B B W T5 T3 T1 T4 T2 T6 Pokud se z SRAM nečte má v klidu velmi malý proudový odběr. Možnost uchování obsahu i při sníženém napájecím napětí - režim v klidu STAND BY SRAM v mikrořadiči může být využita i jako rychlá paměť programu Rychlost SRAM je vyšší, než je rychlost FLASH High speed USB Řadič Cy7C68013A jádro 8- bitového mikroproc. -8051 (Mikr. s 8051 - obvykle pam. prog. v NOR FLASH) Rychlé SRAM 16kByte na čipu Cy7C68013 - jako pam. prog. Boot programu z ext. sériové EEPROM 24C256 (32 kbyte, rozhraní IIC Bus) Podobně signálových procesorů BOOT programu z externí sériové FLASH s rozhraním SPI do rychlé vnitřní SRAM A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 13
Dynamické paměti DRAM - dynamická pamět RAM Informace uložena ve formě náboje na paměťovém kapacitoru C P, pam. buňka 1 kapacitor C P + 1 tranzistor MOS T 1 Kapacita C P malá, hluboko pod 1 pf C P W řízení T 1 B snímací zes. řízení zap. C čtecí a zapis. zesil. D I/O Vybíjení kapacitoru - potřebné periodické obnovování informace (refresh) s intervalem řádu zlomek sekundy SDRAM synchronní paměť DRAM Čtení, zápis se děje pouze synchronně s vnějším hodinovým signálem SDRAM synchronous dynamic RAM s každou náběžnou hranou CLK, DDR Double Data Rate s každou (tedy náběžnou i spádovou hranou) (synchronní systém - analogie- cesta metrem, mohu nastoupit a odjet jen v okamžiku daném rytmem dopravy např. Dejvická- 21:00, 21:10, 21:20, ale nemohu odjet ve 21:15) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 14
Procesor pro vestavné aplikace- mikrořadič Mikroprocesor -historický vývoj Intel 4004 Mikroprocesor, Intel 8008 8- bitový Intel 8080 široce rozšířený 8- bit.mikroproc. Jednočipový mikropočítač Intel 8048 Single chip microcomputer (později označované jako microcontroller (8048 zcela odlišná instr. sada od 8080) 8048 ROM pam. progr. RAM- pam,. dat. vstupy výstupy čítač, přerušení mikroprocesor CPU paměť programu paměť dat vnější zařízení vst.- výst. V/V adresová sběrnice datová sběrnice řídicí sběrnice progr. řadiče požadavky činností A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 15
Mikroprocesory pro vestavné aplikace 8051 rysy Intel 8051, paměť ROM 4 kbyte, paměť RAM 128 Byte, UART, řadič přerušení,2x čítač Modifikace Intel 8052 ROM 8 Kbyte, RAM 256 Byte, 3x čítač Varianta Intel 8751 EPROM 4 kbbyte UV zářením mazatelná paměť EPROM Velké rozšíření řady 8051), zkráceně 51 U Intel označeno MCS51 Microcomputer set 51) Firma Atmel AT89C51, AT89C52, První uživatel jádra 51 po Intel Hromadné rozšíření, příhodná cena, paměť FLASH programovatelná externě v přístroji programátor A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 16
Mikroprocesory pro vestavné aplikace rysy 8051 vývoj stále používaná architektura, Firma Zilog v r 2013 nově začala používat také ve svým mikrořadičích Paradox Zilog má dlohou dobu ( pře 30 let)vlastní architekturu mikrořadiče Z8 Z8 -lepší, než 8051 Další uživatelé jádra 51 - Silicon laboratories, Microchip, NXP, Texas Instruments, řada čínských výrobců Doplnění řadou výkonných poeriferi, ADC, DAC, čítače,.. ( uroveń periferií značně přerostla úroveń vlastního jádra)( turbo Trabant Proč 8051? dostupné nástroje,překladače,.. Integrace 51 architektury do SoC system on a chip (Texas Instruments, Infineon, ) Vhodné pro aplikace nenáročné na výpočetní výkon ( Intel architeltura I80C196 ( označené jako MCS96) 16- bitová, pokročilejší, (vhodná pro překladač C) oproti 8051, historicky zapadla, stará 51 se vyrábí technický paradox. A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 17
Mikroprocesory pro vestavné aplikace rysy Široké spektrum procesorů pro vestavné aplikace od 4 bitových po 32 bitové Historický typ jádro 8051, stále využívané desítkami výrobců Atmel AT89C 51, jiná řada Atmel AVR, AT Mega www.atmel.com Motorola Freeescale rodina 68HC08, (68HCS908, ) rodina 68HCS12 a vyšší typy ST Microelectronics STM8 8- bitový proc. firma Microchip, procesory PIC, 8- bitové mikrořadiče relativně nízký výpočetní výkon, Instrukce násobení 8x8 bitů, u některých typů 16x 16 bitů Jednoduché komunikační řadiče UART, USART Moderní specializované 8- bitové mikrořadiče- rozhraní CAN, LIN, někdy USB A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 18
STM8S105 Mikrořadič, jednočipový mikropočítač pro vestavné aplikace 8- bitový obdobné periferie jako vyšší procesory I2C, SPI, ADC, PWM, Čítače A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 19
Mikroprocesory pro vestavné aplikace 16 bit. 16 bitové mikrořadiče Siemens, (Infineon) 80C166,.. Texas Instruments MSP430 16 bitový proc., nízká spotřeba, www.ti.com 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 DSP viz. příslušná přednáška A4M38AVS A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 20
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 vesatvné 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 typy - již spolupráce s externími sběrnicemi, připojení SDRAM Externí SDRAM, 32, 64, 256, a více MByte, portování Linux procesory s MMU(Memory Management Unit) Omezená verze uclinux, (procesory bez MMU - např. jádro ARM Cortex M3) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 21
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 ADC analogové výstupy DAC A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 22
Signálové procesory pro vest. aplikace DSP pro vest. aplikace- oproti původní variantám- určeným především pro zpracování audiosignálu doplněny periferiemi a komunikačními rozhraním- srovnej Analog Device typ ADSP BF533 a typ ADSP504F ADSP BF533 A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 23
Signálový procesor ADSP BF504 ADSP BF504 F, jádro Blackfin BF5xx, ale doplněno periferiemi pro vestavné aplikace. A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 24
ADSP BF504F/ BF506F - hlavní rysy Two 32-bit up/down counters 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, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 25
STM32F10x jako příklad bloků mikrořadiče STM32F1x jako příklad bloků a periferií mikrořadiče pro vestavné aplikace Obdobně up s jádrem ARM firma NXP, Ti, Sillabs, Infineon, Toshiba, A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 26
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, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 27
Hodinový generátor Pro každý procesor- nutný hodinový signál, potřebný hodinový generátor Prostý generátor s XTAL (krystal), pevná frekvence Generátor + děličky pro nižší frekvence, (mikrořadič AT89C51RC2,,) Generátor s PLL (Phase Locked Loop)), možné programování frekvence hodinového generátoru A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 28
Obvod PLL pro generování hodinového signálu -PLL- Phase lock loop - obvod fázového závěsu Možno programově nastavit frekvenci hodinového generátoru (Viz výklad na přenášce, jízda dvou cyklistů vedle sebe se zařazeným s rozdílným převodovým stupněm) PLL- standardně v současných mikrořadičích, možnost dynamicky měnit frekvenci hod. signálu a tak i měnit výkon a proudovou spotřebu Růst frekvence - růst výkonu výpočetního - ale i růst příkonu- elektrického příklad PLL v ADSP BF504F A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 29
Příklady oscilátorů v STM32 HSE high speed ext. osc. - HSI high speed int. osc. LSI low speed int. RC osc. (40 khz) LSE low speed ext osc. 32768 Hz LSI i LSE (i pro autowake) Obdobně i jiné mikrořadiče A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 30
Dohlížecí obvod ADM706 Power supply voltage monitor -ADM706 T V REF = 3,08 V MR manual reset (debounced - ošetřeny odskoky reset. tlačítka) Watchdog timer 1, 6 s reset impuls 200 ms garance /RESET i při U CC = 1V Procesor musí vygenerovat impuls do 1,6 s přivedený na vstup WDI (Watch Dog Input) jinak je resetován -asi zbloudil program a je třeba ukončit jeho činnost (Analogie- řízení auta, opatření proti usínání řidiče, musí stále na spolujezdce mluvit) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 31
Dohlížecí obvod ADM706 Generování Reset podle výstupu watch dog, vstupem manual reset A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 32
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, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 33
Dohlížecí obvod ADM691 - RAM write protection, /CE IN, /CE OUT A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 34
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 Při vnitřní reset- výstup reset signálu pro vnější obvody, výstup typu Open Drain A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 35
Čislicové vstupně výstupní piny, možné konfigurace V/V piny -konfigurace, Vstupní pin Výstup- pin Push Pull, Výstup otevřený kolektor (Open Drain) Pull up rezistor Pull down rezistor příklad na STM32F10x Obdobně i u mikrořadičů jiných výrobců A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 36
Analogové vstupy, převodníky A/D Aproximační převodníky 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 pro A/D, samostatný vstup. ref. napětí Převodníky A/D a D/A mají často návaznost na DMA (Direct Memory Access) Rychlé měření, synchronní odběr vzorků bez účasti procesoru A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 37
Převodníky A/D Přídavné funkce logiky pro práci s převodníky A/D ( funkce analog watchdog ),měření napětí a porovnání jeho velikosti s nastavenými mezemi- prahy hlídání mezí změřeného napětí, jeden kanál nebo všechny kanály, (horní, nebo dolní mez) Při porušení mezí - vybočení z mezí- signalizace - příznakem, nebo případně přerušení procesoru odlehčení, Monitorování napětí bez programové účasti procesoru, Provedení u STM 32 A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 38
Převodníky D/A 1, 2, někdy i 3 D/A, váhový převodník D/A /(s odporovou síťí) D/A na čipu mikrořadiče rozlišení typicky do 12 bitů., Někdy též převodníky D/A sigma delta, - audiocodec- externí, pro generování audiosignálu (zvukový signál) Interní převodník D/A na čipu mirořadiče - Generování pevného nebo proměnného napětí, programově ovládané, někdy též pomocí DMA přenos dat z paměti do D/A danou frekvencí A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 39
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) Paměťová karta, adresace po blocích 512 Byte, Je možno pracovat s FAT, ale je možné mít i vlastní formát záznamu (Možnost- atypicky pro experimenty lineární adresování bloků bez FAT) Doporučení využívat FAT (File Allocation Table) Pam. karty MMC, SD - možno při zjednodušení připojit i jen pomocí rozhraní SPI, relativně pomalý přenos A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 40
Rozhraní pro paměťové karty Připojení paměťových karet MMC, SD pomocí specializovaného rozhraní SDIO Rozhraní SDIO- možnost vysokých rychlostí přenosu dat do karty zmikrořadiče 10 MByte /sec a více. Paměťová karta jako externí paměťové medium pro záznam dat, A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 41
Rozhraní pro I2S Připojení audiokodeků (A/D a D/A převodníků pro audiosignály) Jednosměrná synchronní komunikace Rozhraní I2S - typicky v signálových procesorech Nastavení parametrů kodeku, příp. možné pomocí rozhraní I2C Bu (data - prostřednictvím I2S, nastavení I2C Bus) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 42
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 UART(často s využitím přenosu prostřednictvím rozhraní RS232) - velmi často využíván ve vestavných zařízeních pro pomalý přenos dat. A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 43
Připojení Smart Card -Smart Card, čipové karty, A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 44
Připojení CE ATA disku Připojení disku (paralelní) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 45
Spolupráce procesoru se sběrnicemi Přenos dat po externí sběrnici procesoru- obecně (adresy, data, říd. signály) A 15 - A 0, a více adr. sběr. čtení dat. sběr. říd. sig. D 7 - D 0, a více WR RD A 15 A A A 15 - A 15 0 0 A 0 MPR pam. blok D 7 D 7 D 0 D 7 - D 0 D 0 WR RD WR zápis RD 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, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 46
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 Možnost připojit vnější statické paměti SRAM k procesoru N symbolizuje aktivitu signálu v ve stavu L A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 47
Externí sběrnice STM32F2x - STM32F2x -Zápis na sběrnici STM32F2xx A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 48
Spolupráce STM32F2xx s externími 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, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 49
Vnitřní sběrnice STM32 A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 50
Zápis na sběrnici DSP BF 533 Zápis do externí asynchronní SRAM s využitím externích sběrnic ADSP BF533 Podobně mohou být připojeny paměťově mapované výst. brány (registr 74LVC574) A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 51
Čtení na sběrnici ADSP BF533 Čtení dat z externí asynchronní SRAM s využitím externích sběrnic Obdobně mohou být připojen paměťově mapované vstupní brány - 74LVC245 A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 52
Spolupráce ADSP BF 533 s SDRAM SDRAM Synchronní dynamická RAM CLKOUT hodinový signál pro synchronizaci spolupráce s SDRAM A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 53
Desky typu evaluation board Desky pro seznámení s daným procesorem často je součástí dodávky emulátor STM8, vývoj. deska Texas. Insruments -Stelaris A4M38AVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 54