Diapositiva 1 - ssalvatori

Microelettronica
Corso di progettazione su SoC
ARM:
Introduzione
Stefano Salvatori
Università degli Studi Roma Tre
([email protected])
Università degli Studi Roma Tre
Microelettronica 2013
Microprocessori e microcontrollori
Il termine “microprocessore” è
oggi di uso comune e diffuso.
Ad esso associamo le macchine di
calcolo di cui, sappiamo, esso
rappresenta il “cervello”.
Ma cosa dire di un
microcontrollore?
abbiamo idea in quale
ambito esso possa
trovare applicazione?
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?
Con il corso si cercherà di dare una
risposta a domande di questo tipo:
cos’è un microcontrollore?
dove trova applicazione?
ma, soprattutto:
sono in grado di progettare un sistema
basato su microcontrollore?
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?
Dove troviamo un microprocessore?
Dove troviamo un microcontrollore?
Conosco apparati che basino il loro
funzionamento su un microcontrollore?
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Cos'è un
microcontrollore?
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Cos'è un microcontrollore?
E’ un sistema che rispecchia l’architettura di un
computer (CPU, memorie, I/O)
Ha una modesta capacità di
calcolo
ma esegue le istruzioni piuttosto
rapidamente
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System on a Chip
I moderni microntrollori rientrano nella categoria dei SoC, System on a Chip.
Nel chip è integrato una CPU (core) e diversi blocchi dalla funzionalità specifica:
 RAM e ROM;
 porte di interfacciamento (GPIO);
 ADC e DAC;
 hardware per la comunicazione:


UART
BUS

I2C, SPI, USB, CAN, LIN …
 Dispositivi per lo sviluppo

ISP, In System Programmable

ICE, In System Emulator
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Applicazioni
Con un microcontrollore possiamo
realizzare sistemi che in logica
cablata richiederebbero molto
tempo sia per la progettazione che
la realizzazione
Viene impiegato in applicazioni
“embedded” stand-alone
Molto del lavoro di progettazione riguarda la definizione del
firmware
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Dove troviamo un microcontrollore?
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ci svegliamo al suono di una radiosveglia:
è il primo microntrollore con cui veniamo
a contatto
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impostiamo la temperatura ambiente su
un termostato
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Dove troviamo un microcontrollore?
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prepariamo la colazione utilizzando
il forno a microonde
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inseriamo l’antifurto
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rispondiamo al telefono
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Dove troviamo un microcontrollore?
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comandiamo l’apertura
dell’automobile
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e quella del cancello
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oppure obliteriamo un
biglietto
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Dove troviamo un microcontrollore?
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guidiamo …
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e giungiamo sul posto di
lavoro
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o di studio
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Dove troviamo un microcontrollore?
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facciamo una pausa …
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con gli amici
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Dove troviamo un microcontrollore?
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preleviamo dei soldi
al bancomat
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o andiamo alla Posta
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Dove troviamo un microcontrollore?
torniamo a casa e guardiamo un po’ di TV,
oppure vediamo un DVD, …
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Dove troviamo un microcontrollore?
a fine giornata avremo preso contatto
anche con un centinaio di apparati basati
su microcontrollori
altri esempi:
 ascoltare musica
 usare una calcolatrice
 usare la lavatrice o la lavastoviglie
 ma anche il frigo o il condizionatore
 una fotocopiatrice
 un digital photo frame
 un giocattolo …
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Dove troviamo un microcontrollore?
in un'automobile trovano posto decine di microcontrollori
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Dove troviamo un microcontrollore?
… non in tutte
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Obiettivi del corso
 Cosa è un microcontrollore
 progettare su misura applicazioni
intelligenti
 trasferimento di tecnologia
• conoscenza
• competenza
• progetti basati su microcontrollore
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Corso: architettura ARM
 Generalità e cenni storici del
processore ARM
•
•
•
Generalità sui microprocessori:
MU0
Il set di istruzioni MU0
Architettura RISC
 Organizzazione dei registri
interni
•
•
Stato ARM e stato Thumb
Registri generali e di stato in
modalità ARM e Thumb
 Concetto di pipeline
•
•
 Eccezioni
•
•
•
Panoramica delle istruzioni
ARM
Istruzioni per la gestione di
stack
Istruzioni e salti condizionali
•
Origine delle eccezioni e
modalità di gestione delle
eccezioni
Vettori di interrupt e priorità
•
•
•
Organizzazione delle memorie:
little e big-endian
Il modello di indirizzamento
standard di memoria in ARM
Comportamento dello stack
•
AMBA, ASB, AHB, APB
•
Interfaccia JTAG
 Memorie
 Set di struzioni
•
pipeline a 3 stadi in ARM7TDMIS
Rischi delle pipeline
 Architetture di bus
 Sistemi di debug
 Organizzazione ARM7TDMI
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Corso: LPC2103 e periferiche








Introduzione
Memoria di sistema
VIC PL190
Il controllo di sistema nel
μC LPC2103
Mappa e impostazione dei
pin
Porte di input/output
Conversione A/D e D/A
ADC
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








UART, I2C, SPI
Timer
Real Time Clock
Watchdog
Memoria Flash
Embedded ICE
Lo standard I2C
Collegamento seriale SPI
LCD standard HD44780
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Corso: esercitazioni con l'LPC2103
 Compilazione, upload, debug di un
progetto
 uso di GPIO





•
•
comando di un LED on/off
lettura di un tasto
Gestione di tasto con interrupt
acquisizione da ADC
Gestione timer
Gestione LCD
RTC programmabile
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Modalità d'esame
1. Sviluppo di un progetto con LPC2103:
a. stesura della documentazione
b. allestimento del prototipo
c. uso degli strumenti di sviluppo
d. progettazione del software
e. debugging e collaudo
2. Colloquio:
processore ARM
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Riferimenti
 S. Furber “ARM, system-on-chip architecture”
2° ed., Addison Wesley
 S. Salvatori, “Introduzione alla progettazione
con gli LPC2000”, Aracne ed.
 NXP, “UM10161 LPC2101/02/03 User Manual”,
“LPC2101/02/03 datasheet”, www.nxp.com
 T. Martin, “The insider’s guide to the NXP
ARM7-based microcontrollers”, www.hitex.co.uk
 ARM Limited “ARM7TDMI-S Technical
Reference Manual”, r4p3,
http://infocenter.arm.com
Lucidi e materiale vario:
☞
www.ssalvatori.altervista.org
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 La prossima volta:
Portare una pen-memory di almeno 4 GiB
per installare la live GNU/Linux e la
toolchain per lo sviluppo dei progetti
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Domande
Stefano Salvatori (st. 50 - lab. 132)
☞
0657337091
[email protected]
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