1 / 122

Ingebedde systemen ( embedded systems )

Ingebedde systemen ( embedded systems ). Wat is een embedded systeem? Voordelen? Meestal voor één toepassing. Automotive : meestal microcontroller ! Waaraan moet het systeem voldoen? Betrouwbaarheid: fouttolerant ontwerp&test Performantie met “low cost ” hardware!.

trudy
Download Presentation

Ingebedde systemen ( embedded systems )

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ingebedde systemen (embeddedsystems) Wat is een embedded systeem? Voordelen? Meestal voor één toepassing. Automotive: meestal microcontroller! Waaraan moet het systeem voldoen? Betrouwbaarheid: fouttolerant ontwerp&test Performantie met “low cost” hardware!

  2. Embedded systemen: waar in een wagen?

  3. Embedded systemen Hoe krachtig zijn embeddedprocessoren? Rekenkracht:4 , 8 , 16 , 32 , 64 bit,….. Hoeveelheid geheugen (program & data) Beschikbare I/O poorten Clocksnelheid Stroomverbruik Selecteer i.f.v.toepassing…

  4. Embedded systemen Embedded systemen zijn (meestal)REAL-TIME. Verwerken van ‘events’ tegen een bepaalde deadline bv. ABS systeem, cruise control…. De deadline voor ‘real time’ is functie van de toepassing! Snelle of trage systemen kunnen real-time zijn! De impact voor het missen van een deadline maakt een systeem: Hard real-time of Soft real-time

  5. Wat is een microcontroller? Een typisch discreet microprocessorsysteem.

  6. Nadelen MTBF n: aantal verschillende componenten qi: hoeveelheid van de idecomponent ri: FIT rate (failure in time) per miljard werkingsuren (statistisch) meestal f( temp, Vcc, Imax)

  7. Nadelen PCB ontwerp EMC problemen Design fouten (steeds complexere componenten) ‘Time to market’ en Kostprijs!

  8. Een typisch microcontrollersysteem

  9. voordelen Single chip Betrouwbaarheid : MTBF++ minder complexe PCB betere EMC Low(er) cost veel standaardoplossingen bv. INTEL meer dan 30 jaar op de markt.

  10. Wat is er op de markt?

  11. Voor een gegeven toepassing moet men steeds de • meest geschikte controller kiezen in functie van: Beschikbaarheid Ervaring Tools Bibliotheken met beschikbare software Kostprijs...

  12. 4-bit controllers. low end toepassingen pagers, calculators, low cost speelgoed(tamagochi), uurwerk, fiets km teller. low cost($1.5) low voltage/power 1,2V-3,6V@1,8μA in actieve toestand!!! low speed 32KHz….128KHz ROM versies!!!!

  13. 8 Bit controllers bv. Infineon C537 Medium-end toepassingen Industriële toepassingen, regelaars, keyboards, PLC’s, subsystemen zoals display-units, sensoren, steppermotordrivers. Low/medium cost (rond $8) 40mA @12MHz en 5V (geen low power) Clock: 3,5 tot 16MHz (niet statisch!) -40…85ºC Industrial Features: Niet ISP! ,2UARTS ,Div/mul unit ,PWM ,12 ch. 10 bit ADC , Watchdog , Timer/counters , 40 programmable I/O lines

  14. 16 bit controllers bv. Infineon XC167 High end toepassingen. Reken intensieve toepassingen (bv. servo-controllers, PID controllers, motorsnelheidsregelingen), PLC’s, Industriële en automotive communicatie (CAN-bus), motor management, ABS,… Medium cost ($20) Speed:2-20 MHz (100nS instr. Exec. Time) Industrial -40…85°C

  15. Features: 128Kb Flash, On chip bootstrap loader, On Chip Debug Support 2 CAN controllers,USARTS,TIMER/COUNTERS,16 CH 10 bit ADC WDT, 103 programmable I/O lines….

  16. 32 bit controllers bv. MB91F361 Fujitsu (208 MQFP). Zeer rekenintensieve taken: Laser printers,inktjet printers, communication products (routers, bridges…), High end gaming, muziek instrumenten, GPS systemen, next generation dashboards. Medium cost:($25) -40..85ºC Industrial Speed: 16-64 MHz (programmable)

  17. Features: 512Kb Flash (OS), 16Kb RAM, external bus (32bit), CAN 3CH, stepper motor control, Timer/counters, ADC, DAC, I2C, UARTS 3CH, Sound generator, PPG, LED port, DMA controller, Watchdog timer.

  18. De Nayer support: 4 bit: geen (ROM versies) 8 bit: 8051 reeks en Atmel AVR reeks ADμC832, C517, XC888 ,AT89S8252, 89C51CC01,T89C5115 AT Mega 128, 90USB1287, AT 90S2313,AT 90S8535 16 bit: Infineon en Beck C167 16 bit IPC@CHIP SC12 (80186) 32 bit ARM7 TDMI rood = ontwikkelbord beschikbaar

  19. Basis 8051

  20. Algemene 8051 familie architectuur. Oorspronkelijke 8051(40 pin DIL): 8 bit CPU 4 Kb ROM (nu Flashtechnologie) 128 bytes interne RAM twee 16 bit timer/ counter circuits On chip oscillator 4 poorten (8bit) Interrupt controller CPU-core van Intel (ca. 1980) is identiek, de “extra’s” verschillen! Single chip gebruik Extern geheugen soms mogelijk!

  21. Extern de CPU (kan ON en OFFCHIP) Intern in de CPU (altijd ONCHIP) Memory map 8051

  22. De externe systeem architectuur.Externe geheugenchips zijn via een adres-databus aanspreekbaar) ROM Codegeheugen XRAM Datageheugen FFFFh FFFFh ROMless controller bv. (C537 en C517) Codegeheugen: -Code fetch -MOVC A,@A+DPTR Datageheugen: bv. -MOVX A,@DPTR Externe code Externe data 64Kb geheugenruimte geheugenruimte 1000h 0FFFh Intern (onchip) Datageheugen (RAM) Intern (onchip) Codegeheugen (ROM) 4Kb 0000h 0000h /RD /WR /PSEN

  23. De externe bus architectuur. 8051 compatibele Controller Bv: C517 van Infineon MSB adresbus (A8-A15) P2 1 6-bit adresbus ALE Adres latch LSB adres/ LSB P0 databus adresbus AD0-AD7 A0-A7 databus RD WR P3 PSEN

  24. De externe systeem architectuur. PIN layout 8051(DIL) -4 poorten met alternatieve functie. -extern geheugen via poorten 0 en 2 als businterface + RD+WR+PSEN

  25. De externe businterface. Infineon C517/ C537 -Alleen nuttig met genoeg poorten, anders single chip! -RST bij 8051 actief hoog! -ALE om adres/databus te demultiplexen.(addresslatchenable) -EA om code op te halen uit extern geheugen.(external acces) -PSEN om het externe code-geheugen aan te spreken. (program storageenable)

  26. De externe timing. Het ‘quartzcrystal’ als frequentie bepalend element van de clockoscillator. freq

  27. De externe timing. De clock en de relatie tot de systeemtiming Clockfrequentie bepaald: -instructietijd -stroomverbruik -EMI veel gebruikt:11.059MHz PCB layout: -signaalbanen verbonden met Xtal zeer kort houden. -Xtal kort bij controller! -massavlak!

  28. Instructie-timing bij een 8051 compatibele controller. De systeemclock bepaalt de: -clockphases (P1,P2) -States (S1-S6) , 1state= 2 clockperiodes -machinecycli , 1 machinecyclus = 6 states Na 6 states is een eenvoudige instructie klaar: bv ADD A,#data (bv.1microseconde @12MHz) De instructieset van de controller geeft aantal machinecycli voor elke instructie aan! TIMING! machinecyclus

  29. SOFTWAREDe interne 8051 familie architectuur. Programmeermodel - ACCUmulator(A) - Processor Status Word (PSW) - B register - Datapointer DPTR (16 bit) - Program Counter (16-bit) - Interne registers (geheugenlocaties) - Special Function Registers (SFR’s)

  30. Deinterneregisters Register = geheugenlocatie die deel uitmaakt van de CPU SFR’s hebben een vaste resetwaarde! Let op bij poorten! RS0,RS1

  31. DeSpecialFunctionRegister’s.(SFR’s) SFR’s zijn de CPU registers en de hardware besturings- en configuratieregisters. SFR’s zitten intern in de controller en kunnen worden aangesproken als een CPU register! De hoeveelheid SFR’s is sterk afhankelijk van het type controller, maar de 8051 basis is bij elke controller steeds aanwezig.

  32. Interne registerstructuur van de 8052 (=8051+). extra 128 interne registers (RAM)

  33. 8051 basis instructies.

  34. Logische bewerkingen CPL A

  35. Datatransfer in interne dataRAM

  36. Datatransfer in externe dataRAM

  37. Lezen van extern codegeheugen.

  38. Booliaanse (bit) instructies. (Carry-bit= bit accu)

  39. Onconditionele spronginstructies.

  40. Conditionele spronginstructies. cjne

  41. De taal voor programma-ontwikkeling. Embedded systemen : assembler blijft nodig! Opstartcode (C verwacht geïnitialiseerde omgeving!) Stack, Chip select logic, DRAM controller… na settings in de IDE genereren de meeste compilers een ‘voorstel’. snelheid Als code complexer en groter wordt, dan zal een HLL handiger zijn. Meestal beperkingen wegens beperktheid v/d interne hardware Ftp:// telescript.denayer.wenk.be /pub/

  42. Interne periferie van een 8051 controllerParallelle poorten.(Geen initialisatie nodig)

  43. Parallelle poorten. • 4 bidirectionele basispoorten P0, P1, P2, P3 (SFR’s) • 3 delen: LATCH, OUTPUT DRIVER, INPUT BUFFER • P0 en P2 kunnen gebruikt worden als adres/databus • P3 en 2 bits van P1 hebben ook alternatieve functies (alternatieve functies kunnen gelijktijdig als poortpin gebruikt worden!!!)

  44. I/O configuraties typische bit-latch en I/O buffer voor de poorten Q moet ‘1’ zijn bij gebruik van de alternatieve output functie. Bij reset: alle pinnen op ‘1’ !!!! Q inverterende Externe Poortpin Bv. naar een timercircuit...

  45. Poortpin als output.Een portdriver bestaat uit een aantal pFET’s en nFET’s die zorgen voor een open drain structuur.Een nFET zal niet geleiden met ‘0’ op zijn gate, een pFET zal dan juist wel geleiden.

  46. Poortpin als input(‘1’ niveau op pin na reset of na write met ‘1’)Extern device dat poortpin van ‘1’ op ‘0’ stuurt, doet P3 sperren!Een ‘0’ naar ‘1’ transitie op een pin verloopt traag tot P3 terug gaat geleiden! Extern device

  47. Schakelgedrag van ‘0’ naar ‘1’ van een pin als input.Opgelet bij capacitieve belastingen bv. flat cable!Pull-up weerstand extern bijplaatsen!

  48. De Read-Modify-Write instructies en hun eigenschappen.Sommige instructies lezen de poortpin andere de poortlatch!RMW instructies lezen de poortlatch!!!!!!!!!(poort is bestemming!) !

  49. RMW instructies lezen de Port Latch! nFET Bv. Infineon C537 VOH(output high voltage)=2,4V@-80µA (source stroom) VOL(output low voltage)=0,45V@3,2mA (sinc stroom)

More Related