3 3 VI điều KHIỂN họ RAM

Vi điều khiển họ ARM• Kiến trúc tổng quan lõi vi xử lý ARM • Kiến trúc vi điều khiển lõi ARM920T S3C2440 • Lập trình ứng dụng trên hệ điều hành Linux nhúng... Kiến trúc tổng quan lõi vi

3.3 Vi điều khiển họ ARM

• Kiến trúc tổng quan lõi vi xử lý ARM

• Kiến trúc vi điều khiển lõi ARM920T (S3C2440)

• Lập trình ứng dụng trên hệ điều hành Linux nhúng

Kiến trúc tổng quan lõi vi xử lý ARM

• ARM là dòng vi xử lý 32 bit được thiết kế theo kiến trúc tập lệnh RISC (Reduced Instruction Set Computer)

• ARM viết tắt của

• Advanced RISC Machine

• Acorn RISC Machine

• ARM là kiến trúc được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nhúng: Mobile phones, PDAs, thiết bị điện tử gia dụng…

2

Kiến trúc tổng quan vi xử lý lõi ARM

• Kế thừa các đặc điểm của kiến trúc tập lệnh RISC

• Số lượng thanh ghi lớn và có kích thước giống nhau

• Tập lệnh load/store, không cho phép các thao tác xử lý dữ liệu trực tiếp trên

bộ nhớ

• Chế độ địa chỉ đơn giản (ít chế độ địa chỉ hơn kiến trúc CISC)

• Phát triển các đặc trưng mới của ARM

• Các lệnh có kết hợp với lệnh dịch hoặc các lệnh logic

• Chế độ địa chỉ tự động tăng-giảm để tối ưu hóa các vòng lặp

• Nạp và lưu (load/store) nhiều lệnh cùng lúc cho phép nâng cao thông lượng

Kiến trúc tổng quan lõi vi xử lý ARM

4

Kiến trúc các dòng ARM

• Thumb Instruction Set: tập lệnh 16 bit cho phép tăng mật độ lệnh

• Jazelle: công nghệ cho phép tăng tốc các ứng dụng viết bằng Java

• SIMD, NEON: công nghệ nâng cao hiệu năng cho các ứng dụng Video/Audio

• TrustZone: công nghệ nâng cao tính bảo mật

Công nghệ đặc trưng

So sánh hiệu năng các dòng ARM

6

Phân nhóm theo hiệu năng và tính hữu dụng

Kiến trúc tổng quan vi xử lý lõi ARM

• ARM được rất nhiều hãng phát triển và sản xuất, ở Việt Nam phổ biến chip ARM của các hãng

• ATMEL: AT91SAM7, AT91SAM9…

• NXP: LPC2138, LPC2148, LPC2300…

• TI (Texas Instrument): TMS470, TMS570…

• SAMSUNG: S3C2440

• …

Kiến trúc vi điều khiển S3C2440

• Đặc điểm của chip S3C2440

• Core:

• ARM920T core , 16 Kbytes Data Cache, 16 Kbytes Instruction cache

• Xung nhịp tối đa: 400 MHz

• Memories

• Giao diện bus AMBA (Advanced Micro controller Bus Architecture)

• 4 KByte SRAM nội

8

Lõi vi xử lý ARM920T

Kiến trúc vi điều khiển S3C2440

• Đặc điểm của chip S3C2440 (tiếp)

• Multimedia Card Interface

• ADC 10 bit 8 kênh

• Giao tiếp cảm biến ảnh (Image Sensor)

• Điều khiển LCD

• Điều khiển AC97 audio codec

10

Kiến trúc vi điều khiển S3C2440

• Đặc điểm của chip S3C2440(tiếp)

• Hệ thống

• 4 kênh DMA (Direct Memory Access)

• Boot hệ thống từ NOR Flash, NAND Flash, SDCard, Ethernet

• Bộ điều khiển ngắt nâng cao AIC(Advanced Interrupt Controller)

• Vào ra

• 130 chân vào ra lập trình được

Tập thanh ghi và chế độ hoạt động

Thanh ghi trạng thái chương trình

14

Các cờ kết quả hoạt động của ALU

Điều khiển cho phép/cấm ngắt

Thiết lập chế độ hoạt động

Mode bits

Tập lệnh của S3C2440

• Tập lệnh ARM chia thành các nhóm lệnh

• Lệnh rẽ nhánh (Branch)

• Lệnh xử lý dữ liệu (Data Processing)

• Trao đổi thanh ghi trạng thái (Status Register Transfer)

• Nạp và lưu (Load and Store)

• Phát sinh ngoại lệ (Exception-Generating)

Bản đồ bộ nhớ

• Bus địa chỉ 32 bit

• Địa chỉ bắt đầu: 0x00000000

• Địa chỉ kết thúc: 0x40000000

• Chia thành nhiều bank nhớ, mỗi bank 128 MB, tổng không gian bộ nhớ 1GB

• 6 bank nhớ cho ROM, SRAM

• 2 bank nhớ cho ROM, SRAM, SDRAM, ….

• Hỗ trợ cả hai kiểu lưu trữ: little endian, big endian

18

Giới thiệu KIT nhúng mini2440

20

Giới thiệu KIT nhúng mini2440

Giới thiệu KIT nhúng mini2440

• Thông số kỹ thuật

22

Giới thiệu KIT nhúng mini2440

Môi trường phát triển ứng dụng

Môi trường phát triển ứng dụng

• Chạy chương trình trên nền hệ điều hành Linux nhúng

• Trên KIT cài TFTP client

• Trên máy phát triển, cài TFTP server

• Trên KIT dùng lệnh TFTP để download chương trình

26

Thảo luận

Lập trình ứng dụng trên Linux

• Cài đặt môi trường phát triển

• Xây dựng chương trình HelloWorld

• Lập trình vào ra căn bản

• Lập trình xử lý ngắt

• Lập trình giao tiếp cổng COM

• Lập trình ứng dụng đồ họa

Cài đặt môi trường phát triển

• Môi trường phát triển

• Hệ điều hành Linux (Ubuntu 9.04)

• Trình biên dịch chéo: ARM Linux GCC 4.3.2

Xây dựng chương trình Hello World

Bước 1: viết code chương trình

Bước 2: dịch chương trình

-Cách 1: dùng lệnh make

-Cách 2: dùng lệnh tường minh

arm-linux-gcc –o OutputFile Source.c

Bước 3: dùng tftp download chương trình xuống dưới KIT

tftp –l localfile –r remotefile –g ServerIP

Lập trình giao tiếp cổng COM

• Khởi tạo: Khai báo thư viện

Khai báo thư viện

• #include <stdio.h>

• #include <stdlib.h>

• #include <string.h>

• #include <unistd.h> // UNIX standard function

• #include <fcntl.h> // File control definitions

• #include <errno.h> // Error number definitions

• #include <termios.h> // POSIX terminal control

Bước 1: Mở cổng

• Sử dụng lệnh mở file

int fd = open ("/dev/ttyUSB0", O_RDWR);

• Fd >0 nếu mở file thành công

• Fd<0 nếu mở file thất bại

34

Bước 2: Thiết lập tham số

port_settings.c_cflag &= ~PARENB;

port_settings.c_cflag &= ~CSTOPB;

port_settings.c_cflag &= ~CSIZE;

port_settings.c_cflag |= CS8;

Bước 3: Đọc, ghi cổng

• Đọc cổng: sử dụng lệnh đọc file

n=read(fd,&result,sizeof(result));

N: số ký tự đọc được

Result: chứa kết quả

• Ghi cổng: sử dụng lệnh ghi file

n=write(fd,“Hello World\r",12);

N:số ký tự đã ghi

Fd: file id (có được từ thao tác mở file thành công)

36

Lập trình ứng dụng đồ họa

• Sử dụng nền tảng QT của Nokia

• Ứng dụng đa nền: Desktop, mobile, embedded computer

• Viết code 1 lần duy nhất, chạy trên nhiều nền tảng khác nhau

• Sử dụng ngôn ngữ C/C++

• Hỗ trợ các nền tảng: Windows, Linux, Embedded Linux, Win CE, Symbian, Maemo…

• Có thể tích hợp với các IDE thông dụng: Visual Studio, Eclipse

• Tham khảo: qt.nokia.com; qtcentre.org

38

Ứng dụng QT

Kiến trúc QT SDK

40

Cơ chế Signals and Slot của QT

• Signals: tương tự Event

• Slot: tương tự Event Handler

connect(sender, SIGNAL(signal), receiver, SLOT(slot));

VD: đồng bộ hai điều khiển trên QT

Môi trường phát triển

• IDE

1) QT Creator

2) Tích hợp vào Visual Studio, Eclipse

• Chương trình dịch: qmake

1) Qmake for Windows

2) Qmake for Linux

3) Qmake for Embedded Linux

…

42

QT Creator

Demo

Thảo luận