HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÁO CÁO THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU ARM LPC2378 Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Minh Nhóm sinh viên: 1. Nguyễn Gia Thắng 2. Nguyễn Xuân Thống 3. Nguyễn Văn Việt 4. Bùi Văn Linh HÀ NỘI 2011 1. Tổng quan về vi điều khiển LPC2378 LPC2378 là một vi xử lý dựa trên nền tảng ARM và được dùng cho các ứng dụng yêu cầu truyền nhận dữ liệu tuần tự. LPC2378 là phương tiện lý tưởng cho các ứng dụng đa truyền thông nối tiếp. Nó tích hợp một giao tiếp 10/100 Ethernet Media Access Controller (MAC), giao tiếp USB full speed với 4 kB bộ nhớ RAM, bốn cổng UART, 2 kênh CAN(Controller Area Network), một giao diện SPI, hai cổng đồng bộ nối tiếp (SSP), ba cổng giao tiếp I2C, một giao tiếp I2S, một Minibus và một điều khiển bộ nhớ bên ngoài (EMC). 1.1 Tổ chức bộ nhớ và địa chỉ của các thiết bị ngoại vi. Bộ xử lý ARM có thể quản lý một không gian địa chỉ bộ nhớ 4 GB. Bảng sau đây thể hiện sự phân bố địa chỉ của vùng bộ nhớ trong các thiết bị ARM: Note: GPIO: General Purpose Input Output: các cổng ra vào chung AHB: Advanced High-performance bus: Bus hỗ trợ hiệu suất cao APB: Advanced Peripheral Bus: Bus hỗ trợ ngoại vi Memory map LPC2300 quản lý chặt chẽ từng vùng nhớ riêng biệt. Bảng sau thể hiện toàn bộ không gian địa chỉ. Vùng nhớ chứa địa chỉ vector ngắt phục vụ cho việc đánh lại địa chỉ nhớ, vấn đề này sẽ được đề cập trong phần sau. Note: non-volatile memory: bộ nhớ không thay đổi được Reserved address space: không gian dành riêng cho địa nhỉ Tất cả các địa chỉ đăng ký ngoại vi được gán liên kết (đến ranh giới 32 bit) không phân biệt kích thước của chúng. Điều này giúp cho phần cứng byte lập bản đồ làn đường đó sẽ được yêu cầu để cho phép byte (8 bit) hoặc một nửa từ-(16 bit) truy cập để xảy ra ở ranh giới nhỏ hơn. Ý nghĩa của việc này là từ từ và nửa đăng ký phải được truy cập tất cả cùng một lúc. Ví dụ, nó không thể đọc hoặc viết các byte trên của một từ đăng ký riêng biệt. Cả hai vùng nhớ cho thiết bị AHB(Advanced High-performance bus) và APB(Advanced Peripheral Bus) để có không gian là 2MB và chia đều cho 128 thiết bị., mỗi thiết bị được phân 16 KB. Điều này đơn giản việc giải mã địa chỉ cho từng thiết bị. Địa chỉ thiết bị APB. Bảng sau thể hiện phân vùng của thiết bị APB. 1.2 Mô tả pinout LPC2378 gồm 144 chân Sau đây là một số chân và tác dụng của chúng Cách thiết lập pin cho LPC2378 Mỗi chân trong LPC2378 có thể có nhiều chức năng hoặc input, output hay làm 1 chức năng cụ thể của 1 phần nào đấy. Ví dụ như : P0[1] (port số 0 chân số 1) có thể làm chức năng input, output căn bản hay cũng có thể làm chức năng là chân nhận dữ liệu của Control Area Network 1 (CAN1). Ở đây là chúng ta biết mỗi chân có nhiều chức năng và khi muốn sử dụng chức năng nào thì ta phải thiết lập 1 số giá trị nhất định cho thanh ghi nào đó. Như vậy ta sẽ phải có 1 thanh ghi để chọn chức năng cho từng chân. Thanh ghi đó là PINSEL, có 10 thanh ghi PINSEL0 -> PINSEL9. Mỗi 1 chân của LPC2378 sẽ tương ứng với 2 bit trong 1 thanh ghi này. PINSEL Chức năng 00 Chức năng input,output căn bản 01 Chức năng số 1 10 Chức năng số 2 11 Chức năng số 3 Mọi chân đều có thể làm input,output, tùy vào từng chân mà chức năng số 1,2,3 sẽ là gì. Lấy ví dụ như ta muốn set chân P0.2 là TXD và P0.3 là RXD còn các chân còn lại giữ nguyên thì ta sẽ dung câu lệnh : PINSEL0 |=0x50; //set bit 4 và số 6 giữ nguyên các bit còn lại PINSEL0 &=~0xA0; // xóa bit số 5 và số 7 giữ nguyên các bit còn lại 1.3 Các giao tiếp trên LPC2378 1.3.1 Ethernet Khối Ethernet chứa đầy đủ tính năng của 10 Mbps hay 100 Mbps Ethernet MAC (Media Access Controller) được thiết kế để cung cấp tối ưu hóa hiệu suất thông qua việc sử dụng DMA làm tăng tốc phần cứng. Tính năng bao gồm một bộ điều khiển rộng rãi của sổ đăng ký, một nửa hoặc toàn song hoạt động, kiểm soát dòng chảy, khung điều khiển, phần cứng tăng tốc cho truyền thử lại, nhận được gói lọc và thức tỉnh hoạt động trên mạng LAN. Khung tự động truyền tải và tiếp nhận với tan-Tập hợp tắt DMA-tải nhiều hoạt động từ CPU. Khối Ethernet và chia sẻ CPU một AHB hệ thống con chuyên dụng (AHB2) được sử dụng để truy cập vào SRAM Ethernet cho dữ liệu Ethernet, kiểm soát, và các thông tin trạng thái. Tất cả các AHB giao thông ở LPC2300 diễn ra trên một hệ thống con AHB khác nhau, có hiệu quả tách hoạt động Ethernet với phần còn lại của hệ thống. Các DMA Ethernet cũng có thể truy cập bộ nhớ off-chip thông qua bộ điều khiển bộ nhớ bên ngoài, cũng như SRAM các vị trí trên AHB1, nếu không được sử dụng bởi các khối USB. Tuy nhiên, sử dụng bộ nhớ khác với Ethernet SRAM, đặc biệt là off- chip bộ nhớ, sẽ làm chậm truy cập Ethernet vào bộ nhớ và tăng tải của AHB1. Khối Ethernet giao diện giữa một Ethernet off-chip PHY sử dụng MII (Media Independent Interface) hoặc RMII(ReduceMII)giao thức và các MIIM trên chip (Media Independent Interface) bus nối tiếp. Sơ đồ khối kiến trúc của Ethernet 1.3.2 Giao tiếp USB Các Universal Serial Bus (USB) là một bus bốn dây có hỗ trợ giao tiếp giữa một máy chủ và một hoặc nhiều (lên đến 127) thiết bị ngoại vi. Bộ điều khiển máy chủ cấp phát các USB băng thông để gắn các thiết bị thông qua một giao thức dựa trên mã thông báo. Bus hỗ trợ cắm và cấu hình năng động của các thiết bị. Mọi giao dịch được thực hiện bởi một máy chủ điều khiển. Sơ đồ kiến trúc của thiết bị điều khiển USB [...]... ghi nhận dữ liệu Ngoài ra LPC2378 còn cho t các giao tiếp khác như I2S, 2 kênh CAN, SSP… Sơ đồ khối của LPC2378 2 Tìm hiểu về lõi ARM7 2.1 Mô tả sơ đồ kiến trúc lõi, chức năng các khối Kiến trúc của ARM được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng nhúng. Do đó hiên thực hóa chíp ARM được thiết kê cho các ứng dụng nhỏnhưng có hiệu năng cao tiêu thụ it năng lượng Lõi Arm được thiết kế theo kiến trúc RISC nó... lưu trữ giá trị của cpsr khi có một trường hợp ngoại lệ xảy ra Các thanh ghi hiện Các thanh ghi ẩn Các thanh ghi trong lõi ARM 2.3 Các ngoại lệ ,xử lí các ngoại lệ, bảng Vector ngoại lệ Ngoại lệ là rất quan trọng trong các hệ thống nhúng, không có ngoại lệ sự phát triển của hệ thống sẽ là một nhiệm vụ hết sức phức tạp Một ngoại lệ bất kì để ngăn chăn thực thi các chương trình bình thường Ngoại lệ Mode... cập bộ nhớ -Bộ VXL hoạt động ở chế độ interrupt request(IRQ) và fast interrupt request(FIQ) tương ứng với hai mức ngắt của chip ARM -Bộ VXL hoạt động ở chế đô Supervisor khi hệ thong khởi động(reset)và khi nhân của hệ điều hành hoạt động -Bộ VXL hoạt động ở chế độ System khi hệ thống có thể truy cập và đọc ,ghi toàn bộ thanh ghi cpsr đây là một chế độ đặc biệt của chế độ user -Bộ VXL chuyển sang chế độ... cũng là thiết bị tạo ra tất cả các xung đồng bộ và tín hiệu START / STOP Trước khi tín hiệu START (cũng là tín hiệu bắt đầu của một quá trình chuyển dữ liệu tuầu tự khác), kênh truyền I2C sẽ vẫn được tích cực Giao thức I2C hướng đến byte, và hoạt động ở 4 chế độ : Master truyền, Master nhận, Slave truyền và Slave nhận LPC2378 có 3 giao tiếp I2C, riêng bộ I2C[0] có thể điều khiển tắt thiết bị LPC2378. .. cố định và đồng dạng do đó đơn giản hóa việc giải mã các câu lệnh -Thay vì chỉ dùng 1 chu kì xung nhịp cho tất cả các điah chỉ lệnh ARM thiết kế để sao cho tối giản số chu kì xung nhịp cho một địa chỉ lệnh do đó tăng được sự phức tạp cho các lệnh đơn lẻ Ngoài ra kiến trúc ARM có thể cung cấp : -Điểu khiển cả khối logic số học (ALU) và bộ dịch chuyển(Shifter) trong các lệnh xử lí dữ liêu để tối đa hóa... thể điều khiển tắt thiết bị LPC2378 mà không ảnh hưởng đến các thiết bị còn lại trên kênh truyền Kết nối vật lý Sơ đồ khối của I2C 1.3.4 Giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) UART : Universal Asynchronous Receiver Transmitter là giao tiếp truyền thông nối tiếp bất đồng bộ, dùng để truyền và nhận dữ liệu nối tiếp LPC2378 hỗ trợ 4 bộ truyền nhận nối tiếp UART0, UART1, UART2 và... ghi dịch (UnTSR) và từ từ truyền ra ngoài thông qua chân TXD  Về tốc độ truyền dữ liệu UART cho phép cho thiết lập tốc độ baud thông qua các thanh ghi Và ta phải tự tìm ra tốc độ baud nào hợp lý nhất (tức xác suất lỗi trên đường truyền ít nhất) Vấn đề này sẽ được thảo luận trong phần sau  Các sự thiết lập interrupt ở trong thanh ghi UnIER và UnIIR  Thông tin từ việc truyền nhận (2 chân TX và RX) được... giao thức để kết nối với các thiết bị bên ngoài, như LCD, bộ nhớ ngoài, -Giao tiếp chuẩn I2C, có thể thiết lập ở chế độ Master, Slave hay Master/Slave -Cơ chế trọng tài, cho phép truyền nhận dữ liệu liên tục mà không bị gián đoạn dữ liệu -Xung có thể thay đổi phù hợp với tốc độ truyền -Truyền nhận 2 chiều giữa Master và Slave -Đồng bộ bằng xung tuần tự cho phép nhiều thiết bị với tốc độ truyền nhận... có thể thông báo trong bảng vector là trường hợp ngoại lệ xử lý FIQ được đặt ở cuối vector bảng, vì vậy không cần phải có một chỉ dẫn nhánh, chúng ta có thể đặt các xử lý ngoại lệ trực tiếp xử lý như vậy có bắt đầu nhanh hơn bằng cách loại bỏ thời gian của phân nhánh Tại các địa chỉ này chúng tôi tìm thấy một bước nhảy hướng dẫn như vậy: ldr pc, [pc, # _IRQ_handler_offset] 2.4 Tập lệnh ARM, tập lệnh... một bước nhảy hướng dẫn như vậy: ldr pc, [pc, # _IRQ_handler_offset] 2.4 Tập lệnh ARM, tập lệnh Thumb, đánh giá VXL ARM sử dụng cấu trúc load-store Điều đố có nghĩa là :tất cả các lệnh đều thực hiện trên thanh ghi.Các lệnh ARM thường có 2 đến 3 toán tử Mặc dù vậy các phiên bản kiến trúc ARM khác nhau hỗ trợ các tập lệnh khác nhau các phiên bản mới thường tương thích nguợc với các phiên bản cũ +Danh sách . HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÁO CÁO THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU ARM LPC2378 Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn. của ARM được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng nhúng. Do đó hiên thực hóa chíp ARM được thiết kê cho các ứng dụng nhỏnhưng có hiệu năng cao tiêu thụ it năng lượng Lõi Arm được thiết kế theo. thanh ghi trong lõi ARM 2.3 Các ngoại lệ ,xử lí các ngoại lệ, bảng Vector ngoại lệ Ngoại lệ là rất quan trọng trong các hệ thống nhúng, không có ngoại lệ sự phát triển của hệ thống sẽ là một