Corso introduttivo di progettazione di sistemi embedded

Progettazione di sistemi Embedded
Corso introduttivo di progettazione di sistemi embedded
A.S. 2013/2014
Caratteristiche della famiglia LPC2000
e del core ARM7TDMI
proff. Nicola Masarone e Stefano Salvatori
Eccetto dove diversamente specificato, i contenuti di questo documento sono rilasciati sotto Licenza Creative Commons Attribuzione 3.0 Italia.
Corso introduttivo di progettazione di sistemi embedded – gennaio 2014 – (1 di 32)
Sommario
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●
Macchina basata su microprocessore
–
Architettura di Von Neumann
–
Elementi fondamentali di una CPU
Microntrollori della famiglia LPC2000
–
Processore ARM7TDMI
–
Memoria
–
Periferiche di sistema e d'utente
–
Pinout
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Sistemi programmabili
●
I sistemi elettronici a cui facciamo riferimento sono quelli
programmabili, nel senso che sono in grado di eseguire
un programma
FF..FF16
instructions
registers
address
data
processor
instructions
and data
memory
00..0016
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Architettura di Von Neumann
●
Dobbiamo ricordare l'architettura di una macchina di calcolo
automatica che segua lo schema di Von Neumann
processore
bus
memoria
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Microcontrollore
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Un microcontrollore è un singolo chip in cui sono integrati tutti
(o quasi) gli elementi di una macchina di calcolo
–
Processore
–
Memoria
–
Periferiche
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SEGNALI DI
CONTROLLO
Elementi fondamentali di una CPU
PC
DECODER
MDR
REG
FUNZ
BUS INTERNO
MAR
BUS
ESTERNI
SR
...
IR
R0
R1
ALU
BANCO
DI
REGISTRI
Rn
REG
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LPC2000
●
Noi useremo un microcontrollore della famiglia LPC2000
di NXP (Philips) basato su ARM
–
Processore: ARM7TDMI
–
Memoria: flash (programma) + RAM
–
Periferiche (GPIO, I2C, SPI, UART, ADC, ...)
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LPC2000
●
Noi useremo un microcontrollore della famiglia LPC2000
di NXP (Philips) basato su ARM
–
Processore: ARM7TDMI
–
Memoria: flash (programma) + RAM
–
Periferiche (GPIO, I2C, SPI, UART, ADC, ...)
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ARM7TDMI-S
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Thumb mode,
●
Debug support,
●
enhanced Multiplier,
●
embedded-ICE,
●
Synthesizable
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Datapath ARM7TDMI
A[31:0]
control
address register
●
Da evidenziare:
–
–
P
C
Moltiplicatore
incrementer
Barrel shifter
moltiplicatore
a 64 bit
PC
register
bank
instruction
decode
A
L
U
b
u
s
multiply
register
&
A
B
b
u
s
b
u
s
barrel
shifter
control
Shifter 2°
operando
ALU
data out register
data in register
D[31:0]
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Pipeline
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Pipeline a 3 stadi
–
Fetch
–
Decode
–
Execute
per esempio:
0x4000 LDR PC, [PC, #4]
da cui: PC <- 0x400C e non 0x4004
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Programmer's model
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Current Program Status Register
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Il CPSR contiene le flag che indicano il risultato
(negativo, zero, …) e il modo operativo in cui lavora il
processore
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Eccezioni
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Ogni modo operativo è associato a un elemento del
vettore delle interruzioni;
Quando il processore cambia modo, PC assume il valore
indicato nel vettore.
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Architettura di tipo load & store
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Tutte le istruzioni di elaborazione
possono lavorare solo sul contenuto
dei registri interni della CPU
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Esempio
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Stralcio di codice C/C++:
int a, b, s, ;
...
s = a + b;
...
Codifica in assembly:
LDR
LDR
...
ADD
STR
...
r1, <addr.a> ; r1 ← mem[a]
r2, <addr.b> ; r1 ← mem[b]
r3, r2, r1; r3 ← r2 + r1
r3, <addr.s> ; mem[s] ← r3
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Load & store multiplo
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È possibile operare il load/store su
diversi registri con una sola istruzione
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Modalità THUMB
●
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L'ARM7TDMI possiede un set
ulteriormente ridotto di istruzioni: Thumb
Istruzioni a 16 bit anziché 32 bit
–
Risparmio del 30% sulla memoria
programma
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LPC2000
●
Noi useremo un microcontrollore della famiglia LPC2000
di NXP (Philips) basato su ARM
–
Processore: ARM7TDMI
–
Memoria: flash (programma) + RAM
–
Periferiche (GPIO, I2C, SPI, UART, ADC, ...)
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Memoria
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Flash fino a 32 kB;
●
RAM: fino a 8 kB
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Mappa della memoria
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LPC2000
●
Noi useremo un microcontrollore della famiglia LPC2000
di NXP (Philips) basato su ARM
–
Processore: ARM7TDMI
–
Memoria: flash (programma) + RAM
–
Periferiche (GPIO, I2C, SPI, UART, ADC, ...)
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Le periferiche sono mappate in memoria
●
Tutte le periferiche sono allocate sul VLSI peripheral bus.
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I registri di ogni periferica sono allocati
in uno spazio di 16 kB.
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PLL
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VLSI Peripheral Bus Divider
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I bus distinti del processore e delle periferiche possono
lavorare a frequenze diverse per contenere i consumi
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Idle mode
●
●
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La modalità idle annulla il clock
della CPU,
le periferiche possono continuare
a lavorare ;
Un interrupt farà ripartire la CPU.
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Power down mode
●
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La modalità power down ferma il
clock della CPU e delle
periferiche;
Un interrupt farà ripartire la CPU
e le periferiche.
P @ 60 MHz ~ 100 mW
Power down: < 100 μW
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Pin connect block
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Il modulo PINSELECT permette di selezionare quale
periferica connettere a un pin del dispositivo
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External interrupt
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Diversi pin possono essere programmati per ricevere un
interrupt dall'esterno
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Vectored Interrupt Controller
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Il blocco VIC permette di gestire diverse
sorgenti di interruzione;
Le interruzioni si dividono nei tre gruppi:
–
veloci
–
vettorizzate
–
non vettorizzate
VIC
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Le periferiche d'utente
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Pinout
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