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Microcontroller

Microcontroller. Dipl.-Inf. Swen Habenberger Vorlesung 16.11.2009. Inhalt. Theorie Wiederholung Begriffe 1. Vorlesung Computerarchitekturen Bussysteme Praxis Erste Schritte mit dem NGW 100 Kommunikationstest des NGW100 Erste Schritte Entwicklungsumgebung. Eckdaten Vorlesung.

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  1. Microcontroller Dipl.-Inf. Swen Habenberger Vorlesung 16.11.2009

  2. Inhalt • Theorie • Wiederholung Begriffe 1. Vorlesung • Computerarchitekturen • Bussysteme • Praxis • Erste Schritte mit dem NGW 100 • Kommunikationstest des NGW100 • Erste Schritte Entwicklungsumgebung Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  3. Eckdaten Vorlesung • Powerpoint-Folien • http://www.habenberger-soft.de • Prüfungsleistung • Klausur: 100 Minuten • Anfang/Mitte März • Fragen fast ausschliesslich zum Theorieteil der Vorlesung • Prüfungsvorbereitung in Form eines Fragenkatalogs Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  4. 1. Kurzumfrage • Überlege 5 Kriterien, welche du für die Auswahl eines µC als die wichtigsten ansiehst • Ordne die Kriterien der Wichtigkeit nach • Schreibe die Kriterien auf ein Blatt und gib es dem Dozenten Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  5. Wiederholung Begriffe • Benchmark • Dhrystone • Whetstone • Architektur • RISC • CISC • Adressierungsarten • 1-Adressmaschine • 2- Adressmaschine • 3- Adressmaschine Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  6. Programmierung • Jede Software besteht aus einem oder mehreren Befehlen • Wie verarbeitet und interpretiert der µC diese Befehle? • Fest gelegte Reihenfolge des Ablaufs der Verarbeitung jedes einzelnen Befehls • Übersetzung von • Hochsprache in Assembler • Assembler in Instructioncode (Hexcode) • Instructioncode in Microcode Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  7. Von-Neumann-Zyklus • Der Prozess der Befehlsverarbeitung in einem µC geschieht mit Hilfe des von-Neumann-Zyklus • FETCH • DECODE • FETCH OPERANDS • EXECUTE • UPDATE PROGRAM COUNTER (PC) • Jeder neue Befehl durchläuft diesen Zyklus Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller

  8. Instruction Set • Jeder Prozessor besitzt eine gewisse Anzahl an Befehlen • Arithmetische Befehle (ADD, MUL, DIV) • Logische Operationen (AND, OR, NOT) • Daten Operationen (LOAD/STORE) • Sprung Operationen (JMP, BEQ, CALL) • Diese Befehle sind als Schaltungen (Microcode) im Prozessor realisiert Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  9. Aufbau Befehl • Operationcode • Jeder Befehl ist durch eine eindeutige Bitfolge kodiert • Häufig bis 128 Befehle (AVR32: 256) • Operand1 bis Operand 3 • Die Anzahl der Operanden hängt von der Architektur und vom Befehl ab • RET (0 Operanden) • JMP Adresse (1 Operand) • MOVE #2, Adresse • ADD OP1, OP2, OP3 Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  10. Mögliche Operanden • Immediate Operand • Memory Direct • Register Direct • Register Indirect • Register Indirectwith Offset • Register Indirectwith Scale Factor • Register Indirectwith Offset and Scale Factor Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  11. Orthogonaler Instruction Set • Jeder Befehl kann jeden Typ von Daten mit jeder Adressierungsart des Prozessors verwenden • Keine 2 Befehle haben die gleiche Funktion • Fast orthogonal: • Die meisten Befehle können alle Adressierungsarten benutzen • Dies bewirkt, dass es z.B. für ADD-Befehle mehrere Operationcodesexistieren Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller

  12. Von-Neumann-Zyklus • Der Prozess der Befehlsverarbeitung in einem µC geschieht mit Hilfe des von-Neumann-Zyklus • FETCH • DECODE • FETCH OPERANDS • EXECUTE • UPDATE PROGRAM COUNTER (PC) • Jeder neue Befehl durchläuft diesen Zyklus Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller

  13. AP7 Microcontroller Aufbau Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  14. Computerarchitekturen • Alle Microcontroller (Computersysteme) lassen sich einer von 2 Architekturen zu ordnen: • Von-Neumann-Architektur • Harvard-Architektur Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  15. Von-Neumann Architektur Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller

  16. Harvard-Architektur Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller

  17. Harvard Architektur • Befehlsspeicher ist physisch vom Datenspeicher getrennt • Vorteil: • Daten können parallel zu den Befehlen geschrieben und gelesen werden • Keine Überschreibung des Programmspeichers durch Daten • Nachteil: Ungenutzter Programmspeicher kann nicht genutzt werden Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller

  18. Vorteile / Nachteile • Befehlswortbreite kann unabhängig von der Datenwortbreite gewählt werden • Unterschiedliche Adressbreiche für Befehle und Daten erfordern spezielle Compiler und Programmieraufwand Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller

  19. Fragen? Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  20. Erste Schritte mit dem NGW100 • Kommunikationsmöglichkeiten • RS232 • USB • TCP/IP • Programmiermöglichkeiten • JTAG • Programme „installieren“ Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  21. Kommunikation RS232 • Möglichkeit via Hyperterminal Daten von und an das NGW100 zu schicken. • Steuerung des NGW100 via RS232 • Möglichkeit der Ansteuerung eines weiteren Gerätes vom NGW100 aus • Alle Ausgaben von Linux(NGW100) werden via RS232 ausgegeben • Funktioniert (fast) immer Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  22. Kommunikation USB • Das NGW100 verfügt über einen USB-B Anschluss • USB-B steht nur im „Slave“-Modus zur Verfügung, d.h. es kann selbst keine Verbindung zu einem anderen USB-Gerät aufbauen • Häufigster Anwendungszweck: • SD-Karte als Datenaustauschmedium • Funktioniert nur wenn auch USB-Gerät angeschlossen ist Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  23. Kommunikation via TCP/IP • Telnet • SSH • FTP • HTTP • In dieser Vorlesung wird die TCP/IP-Kommunikation am häufigsten eingesetzt werden • Einfache Terminalsoftware Windows: • Putty Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  24. Telnet / SSH • Einfache textorienierte Kommunikation • SSH ist verschlüsselt und daher sicherer als Telnet • Im Normallfall sollte ssh verwendet werden um eine abhörsichere Leitung zu benutzen • Telnet ist aber für unseren Anwendungsfall völlig ausreichend • Auf Grund der mangelnden Verschlüsselung arbeitet das Telnet-Protokoll schneller Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  25. FTP / HTTP • File Transfer Protocol (FTP) ermöglicht den Transport von Dateien zwischen 2 Kommunikationspartnern • Hypertext Transfer Protocol (http) ermöglicht die Übermittlung von Webseiten Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  26. Fragen? Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  27. Übungsaufgabe • Führe die nachfolgenden Übungsaufgaben aus • Setup NGW100 • Erste Anwendung des NGW100 Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  28. Übungsaufgabe • Erstes selbstgeschriebenes Programm NGW100 Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  29. Datentransfer auf NGW100 • Via FTP wird das Programm auf das NGW100 gespielt • Via Telnet wird das Programm ausgeführt Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  30. Datentransfer auf NGW100 • Öffnen einer Konsole • Cd avr32studio • Cdworkspace • Cdhallowelt • CdDebug • ftp 10.0.0.1 • Puthallowelt.elf • Quit Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

  31. Ausführen eines Programmes auf NGW10 • Öffnen einer Konsole • telnet 10.0.0.1 • ./hallowelt.elf Dipl-Inf. Swen Habenberger 16.11.2009 – VL Microcontroller

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