1 Лекция 8 32-разрядные универсальные микроконтроллеры и их применение Лектор: Люличева И.А. - презентация

1 1 Лекция 8 32-разрядные универсальные микроконтроллеры и их применение Лектор: Люличева И.А.

2 2 Вопросы, изучаемые в этой лекции Обзор DSP и коммуникационных МК фирмы Freescale Особенности системы команд Freescale Примеры применения ARM3-ARM7, ARM8-15 Особенности системы команд ARM Примеры применения

3 Применение DSP фирмы Motorola Область применения сигнальных процессоров фирмы Motorola чрезвычайно обширна. Это обусловлено с одной стороны взрывным внедрением методов цифровой обработки сигналов, практически, во все виды человеческой деятельности в последние годы, а с другой стороны широкой номенклатурой DSP фирмы Motorola. Ниже представлены некоторые области применений, каждое из которых подразделяется на более конкретные приложения. По каждому из под-направлений указаны семейства ЦПОС фирмы Motorola: 561ХХ, 563ХХ, 5600Х и 9600Х, которые целесообразно применять.

4 Области применения Телекоммуникации Т1 мультиплексоры (561ХХ) Транскодеры (561ХХ) Блоки цифровых АТС (561ХХ) Тональный набор (561ХХ,5600Х,5630X) Обработка речи, вокодеры (561ХХ,5600Х,5630X) Голосовая почта (561ХХ) Спутниковые приемники (561ХХ,5600Х,5630X) Мобильная связь (561ХХ,5600Х,5630X) Закрытая связь (561ХХ,5600Х,5630X) Эхо компенсаторы (5600Х,5630X) Громкоговорящая связь (5600Х,5630X) Видеотелефоны (5600Х,5630X,9600Х)

5 Области применения Персональные компьютеры Серво-контроль для оптических дисков (5600Х,5630X) Локальные сети (561ХХ,5600Х,5630X) Распознавание и синтез речи (561ХХ,5600Х,5630X,9600Х) Цифровое аудио (5600Х,5630X,9600Х) Двумерная графика (5600Х,5630X) Трехмерная графика (9600Х) Лазерные принтеры (9600Х) Обработка изображений (9600Х) Системы мультимедиа (9600X) Передача данных Модемы (561ХХ,5600Х,5630X, MC68356) Факсы (в т.ч. цветные) (561ХХ,5600Х,5630X,9600Х) Локальные сети (561ХХ,5600Х) Криптография (5600Х,5630X,9600Х)

6 Структурная схема DSP5630Х фирмы Motorola

7 DSP56001 фирмы Motorola Пример применения

8

9 Применение DSP5680 Среди многочисленных применений DSP рассмотрим структурную схему системы персонального радиовызова на базе DSP5680. Его схема приведена ниже. DSP выполняет роль устройства управления и связи с радиочастотным блоком и с оператором, операции кодирования-декодирования выполняет специализированная микросхема.

10 DSP9600х фирмы Motorola Серед 32-розрядних ЦПОС Motorola першим з'явився МП DSP96002, який можна розглядати як розширення сімейства DSP Цей ЦПОС призначено для вирішення задач, що вимагають величезної обчислювальної потужності і можливості працювати з масивами даних дуже великих розмірів. Такі задачі виникають при побудові засобів мультимедіа і високоякісної графіки, радарних і гідроакустичних станцій і т.інш.

11 DSP56002 Упрощенная схема

12 Схема универсального МК этой фирмы – для сравнения

13 Процесс выполнения команд Работа декодера в МП фирмы Моторола

14 DSP56F826 фирмы Motorola Останніми роками були створені нові сімейства. Це - DSP5630x, що включає універсальний сигнальний процесор, ядро якого має особливу назву - "New DSP Engine" та є подальшим розвитком ядра DSP Мікроконтролери DSP5685x, що мають ядро DSP56800E. А також ЦПОС з функціями мікроконтролера, на яких ми зупинемось детально. Розглянемо периферійні вузли, що входять до складу цих ЦПОС. Счетверенний таймерний модуль є сукупністю чотирьох ідентичних 16-бітових таймерних груп, які можуть працювати погоджено, або бути включеними каскадно. Здвоєний модуль АЦП містить два мультиплексора на 4 входи, два пристроя вибірки і зберігання, два 12-розрядних АЦП з мінімальним часом перетворення 1,2 мкс.

15 Система команд DSP56F8хх Содержит стандартные группы: арифметических и логических операций, операций работи с битами, команд пересылки, команд управления ходом выполнения программы. Но в группе команд арифметичних операций отсутствуют некоторые команды, характерные для сигнальных процессоров: умножение с накоплением, округление и нормализация. За один машинный цыкл DSP56F800 может ввыполнять одну или две параллельные пересылки между памятью данных и регистрами ALU.

16 Примеры программ DSP ; цикл для одного отсчета loop waitblk r2,buflen,1; Генерация синусоиды sinewave move #c,x1 move x:t1,x0 mpy x0,x1,a x:t2,y0 sub y0,a x0, x:t2 move a,x:t1; and output the generated sample move a,y:(r2)+n2 jmp loop

17 Freescale Semiconductor Фирма Freescale Semiconductor – филиал Motorola, специализир. на выпуске МК. Freescale Semiconductor has introduced the MSC8156 processor a six-core device based on new SC3850 StarCore DSP core technology and designed to dramatically advance the capabilities of wireless broadband base station equipment. Я привела только два слайда с ее изделиями для беспроводной связи. Ост. – самостоятельно!

18 Структура 6-ядерного МК Freescle semi

19 Пример применения MSC8156

20 Коммуникационные контроллеры Все КМК имеют похожую структуру, упрощенно показанную на рисунке, и включают центральный процессор (CPU), осуществляющий общее управление; коммуникационный процессор (CPM), обрабатывающий последовательные данные; и модуль системной интеграции (SIM), упрощающий подключение памяти и внешних устройств. Однако, в зависимости от фирмы- производителя, в состав КМК могут входить и дополнительные узлы. CPU CPMSIM

21 Коммуникационный контроллер MC68360 Контроллер MC68360 и его модификации MC68EN360, MC68MH360 также имеют модульную структуру, в которую входят центральный процессор CPU32+, модуль коммуникационного процессора CPM и модуль системной интеграции SIM60, соединенные общей внутренней шиной. Регистровая модель процессора CPU32+ приведена на сл.9. Модель пользователя содержит восемь регистров данных D7-0, восемь регистров адреса A7-0, програмный счетчик PC и регистр состояния SR, в котором доступен только младший байт CCR, хранящий признаки результата выполненной команды ( C - перенос, V - переполнение, Z - нуль, N - знак, X - расширение ).

22 Коммуникационный контроллер MC68360

23 Регистровая модель Процессор CPU32+ имеет архитектуру, принятую в микропроцессор ах семейства фирмы Freescale

24 Коммуникационный контроллер МРС860Т содержит Ядро PowerPC (универсальный МП совместной разработки Motorola – IBM), которое выполняет задачи общего класса, Коммуникационный СРМ модуль со встроенным RISC-процессором, который поддерживает стандартные коммуникационные протоколы, в состав СPM входит также 10/100 FastEthemet-контроллер, который предназначен для реализации 10/100 Мбит/с Ether­net-протокола. Блок системной интергации с интерщейсами вненшей памяти и шины PCI. Поскольку блок Fast Ethernet реализован как отдельный модуль, имеет свои буферы FIFO и использует для передач данных по внутренней шине режим DMA, то высокоскоростной обмен через сети Ethernet реализуется независимо от модуля СРМ. МРС860Т-контроллер поддерживает протокол QMC с 64 временными каналами в режимах HDLC или transparent.

25 Коммуникационный контроллер МРС860Т В качестве примера рассмотрим еще один КМК Контроллер МРС860Т является дальнейшим расширением семейства МРС860, в него добавлен 10/100 Ethernet-контроллер. МРС860Т состоит из 3 основных блоков.

26 Применение КМК Среди многочисленных применений КМК можно выделить цифровые телефонные станции, абонентское и групповое оборудование ISDN, базовые станции сотовой связи, модемы, терминалы, мосты, маршрутизаторы (рис. 2) и многие другие устройства.

27 Забудьте о традиционной 6/16/32 - разрядной классификации! Seamless architecture across all applications Every product optimized for low power and ease of use All devices binary and tool compatible Cortex M3 High Performance Traditional 32bit Low Power Cortex M0 Low Cost Traditional 8/16bit Lowest Power Cortex M4 Highest Performance Traditional 32bit/DSC Optional FPU Cortex M Серии

28 Вспомогательный процессор ARM Cortex-A7 Компания ARM анонсировала новую архитектуру процессоров Cortex-A7, эти чипы имеют размер всего 1/5 от процессоров Cortex-A8, которые массово устанавливаются на множество смартфонов и планшетных компьютеров, хотя сейчас им на смену пришли более прогрессивные A9. А вскоре их место займут еще более мощные Cortex-A

29 Вспомогательный процессор ARM Cortex-A7 Чипы серии A7 разработаны для использования в качестве не самостоятельных процессоров, а вспомогательных ядер совместно с ядрами высокой производительности класса A15. Если, скажем, для решения текущей задачи не требуется высокой мощности с серьезных системных ресурсов (например, меню в интерфейсе или вывод текста на экран), то используется только ядро A7, у которого хватит производительности для решения легкой задачи, а его уровень потребления энергии намного ниже остальных ядер. 29

30

31

32

33 Схема универсального МК

34 Веббук на базе ARM Осенью 2011 года компания Vodacom выпустила в ЮАР устройство под названием Webbook. То есть веббук. 34

35 Веббук на базе ARM Это 10-дюймовый лэптоп, который работает на базе процессора Freescale i.MX51 с ядром ARM Cortex A8, его тактовая частота составляет 800 МГц. Под корпусом скрывается также модуль оперативной памяти на 512 Мб плюс встроенный накопитель на 4 Гб, этого хватит для основной работы с документами и веб-серфинга. А операционной системой здесь является Ubuntu. 35

36 ARM Процессоры фирмы Freescale семейства i.MX Семейство процессоров i.MX от Freescale ориентировано на работу в смартфонах, портативных медиа плеерах, навигационных устройствах и в множестве других потребительских, промышленных и медицинских встраиваемых системах. Обеспечивает высокую производительность при малом энергопотреблении. Семейство i.MX поддерживается рядом популярных платформ, таких как Microsoft Windows® CE и Mobile, Linux® OS, QNX Netrino® и рядом других менее популярных RTOS. Работает по системе «Все в одном кристалле». Пример структурной схемы через слайд. Для сравнения на следующем слайде пример стр. схемы видеокарты 36

37 Видеокарта Структурная схема видеокарты одной из лучших фирм

38 ARM Процессоры фирмы Freescale семейства i.MX Семейство i.MX включает в себя процессоры построенные на базе различных версий ядра ARM®: ARM9, ARM11 и ARM Cortex A8. 38

39 39 Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите 32-разрядные универсальные МК нескольких фирм 2. Перечислите области применения ARM. 3. Приведите структурную схему устройства на базе ARM. 4. Поясните назначение двойной Гарвардской архитектуры, в каких МП она применяется? 5. В каких узлах сети могут применяться коммуникационные МК? 6. Приведите структурную схему адативного фильтра 7. Перечислите методы повышения производительности процессоров ARM.