Môn học (IT4210) HỆ NHÚNG Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Viện CNTT&TT- ĐH BKHN GV: Phạm Ngọc Hưng Email: hungpn@soict.hust.edu.vn HungPN-HUST Embedded System Giới thiệu môn học  Hệ nhúng IT4210 (3-0-1-6)  Thời lượng: 45 LT&BT + 15 TN  Yêu cầu kiến thức tảng: • Kiến trúc m|y tính • Vi xử lý • Lập trình C  Đ|nh gi|: 30% QT + 70% CK HungPN-HUST Embedded System Mục tiêu môn học  Nắm kiến trúc tổng quan, đặc điểm v{ hoạt động hệ nhúng  Biết thiết kế hệ nhúng (nguyên lý, mạch)  Nắm kiến trúc vi điều khiển  Biết lập trình vi điều khiển từ đến n}ng cao với c|c dòng vi điều khiển phổ biến  Nghiên cứu ph|t triển hệ nhúng ARM Linux với c|c giao tiếp v{o bản, n}ng cao, chế x}y dựng device driver  L{m quen với tảng lập trình Qt cho hệ nhúng ARM Linux HungPN-HUST Embedded System T{i liệu tham khảo Books: • Architecture and Programming of 8051 Microcontrollers, Milan Verle • Embedded C, Micheal J.Pont, 2002 • Designing embedded hardware, John Catsoulis, 2005 • Introduction to Embedded Systems, Lee & Seshia, UC Berkeley, 2011 • Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers, Tammy Noergaard • Linux Device Driver • C++ GUI programming with QT  Websites: • http://www.mikroe.com • https://sites.google.com/site/embedded247 • http://www.friendlyarm.net/ • http://qt-project.org  HungPN-HUST Embedded System Nội dung Chương Tổng quan hệ nhúng (3T) Chương Thiết kế phần cứng hệ nhúng (6T) Chương Vi điều khiển (6T) Chương Lập trình vi điều khiển (12T) Chương Hệ nhúng Arm Linux (15T) B{i tập: Lập trình vi điều khiển, mô Proteus Thí nghiệm: Hệ nhúng Arm Linux (03 b{i) HungPN-HUST Embedded System Chương Tổng quan hệ nhúng  1.1 Giới thiệu hệ nhúng  1.2 Đặc trưng hệ nhúng  1.3 Kiến trúc tổng quan hệ nhúng HungPN-HUST Embedded System 1.1 Giới thiệu hệ nhúng Hệ nhúng (Embedded System) ?  Sự kết hợp phần cứng máy tính, phần mềm, cấu khí thành phần khác để thực chức chuyên biệt (Michael Barr, Programming Embedded System in C and C++)  Một ứng dụng chứa máy tính lập trình (thường vi điều khiển, vi xử lý, …) mà người sử dụng nhìn chung thường không nhận thức hệ thống dựa máy tính (Michael J Pont, Embedded C) HungPN-HUST Embedded System Giới thiệu hệ nhúng  Embedded Systems (ES) = information processing systems embedded into a larger product HungPN-HUST Embedded System Giới thiệu hệ nhúng  Sơ đồ khái quát hệ nhúng  C|c th{nh phần tạo nên hệ nhúng: • Bộ vi xử lý • Phần mềm nhớ chính, nằm chip với vi xử lý nằm ngo{i • Tất c|c hệ nhúng chứa v{i kiểu v{o HungPN-HUST Embedded System Lĩnh vực ứng dụng  C|c ứng dụng hệ nhúng sử dụng rộng r~i thực tế: • Mobile phones • Automotive applications (in cars, aerospace, traffic…) • Domestic appliances (including dishwashers, televisions, washing machines, microwave ovens, video recorders, security systems, garage door controllers) • Medical equipment (drug delivery systems, MRI scanners) • Industrial equipment • v.v… HungPN-HUST Embedded System 10 C{i đặt Qt SDK  Sau c{i đặt xong Qt SDK, công cụ Qt Creator cho phép ph|t triển ứng dụng với lựa chọn mặc định biên dịch m|y tính Linux  Để biên dịch chéo ứng dụng thực thi KIT FriendlyArm (Embedded Linux) cần c{i đặt Qt Everywhere  https://sites.google.com/site/embedded247/esco urse/qtinstall HungPN-HUST Embedded System 320 Cài đặt Qt Everywhere  Bước 1: Cài đặt QT Embedded (QT Everywhere) (Xem hướng dẫn chi tiết kèm theo)  Bước 2: Copy file thư viện cần thiết xuống KIT • thư viện quan trọng (VD: copy xuống thư mục /opt/qte/lib)  libQtCore.so.4  libQtGui.so.4  libQtNetwork.so.4 • Copy fonts vào thư mục /opt/qte/lib/fonts  Bước 3: Chỉnh file cấu hình /etc/init.d/rcS, tắt Qtopia để tránh tranh chấp HungPN-HUST Embedded System 321 Cấu hình trình dịch Qmake cho Kit  Bước 4: Tạo cấu hình biên dịch cho FriendlyARM, trỏ tới Qmake đ~ biên dịch HungPN-HUST Embedded System 322 Cấu hình trình dịch Qmake cho Kit  Bước 5: Dịch chương trình QT cho KIT • Chọn biên dịch Qmake cho QT Embedded HungPN-HUST Embedded System 323 5.4.3 Làm quen với lập trình QT     Sử dụng môi trường ph|t triển Qt Creator (IDE) Chương trình HelloQt Cơ chế Signals/Slot https://sites.google.com/site/embedded247/esco urse/helloqt HungPN-HUST Embedded System 324 Môi trường ph|t triển Qt Creator IDE HungPN-HUST Embedded System 325 C|c th{nh phần Qt Creator HungPN-HUST Embedded System 326 C|c điều khiển (widgets)         QLabel QPushButton QLineEdit QTextEdit QSpinBox QComboBox Qslider V.v… HungPN-HUST Embedded System 327 Chương trình HelloQt  Tạo project HelloQt  Trong file main.c bổ sung đoạn m~:  Biên dịch, chạy chương trình: #include #include int main(int argc, char *argv[]) { QApplication app(argc, argv); QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!"); label->show(); return app.exec(); } HungPN-HUST Embedded System 328 Chương trình HelloQt  Giải thích ?  Sửa đoạn m~ với HTML style #include #include int main(int argc, char *argv[]) { QApplication app(argc, argv); //QLabel *label = new QLabel("Hello Qt!"); QLabel *label = new QLabel("Hello " "Qt!"); label->show(); return app.exec(); } HungPN-HUST Embedded System 329 Cơ chế signals - slot  Cơ chế event – handler  Xử lý c|c kiện (sự kiện tương t|c người dùng, kiện hệ thống)  Cho phép tạo c|c kết nối (connections) kiện (signals) với h{m xử lý (slot)  Có c|ch tạo: • Tạo tự động (wizard) • Tạo tay (manual, hand-code) HungPN-HUST Embedded System 330 Minh họa chế signals/slot  Tạo code (dùng phương thức Qobject::connect) HungPN-HUST Embedded System 331 Minh họa chế Signals/Slot  Tạo code connect(sender, SIGNAL(signal), receiver, SLOT(slot));  Trong đó: sender, receiver l{ trỏ Qobjects, signal v{ slot l{ c|c tên h{m tham số • Các macro SIGNAL() SLOT() biến đổi tham số thành string VD: đồng điều khiển slider v{ spinBox HungPN-HUST Embedded System 332 Minh họa chế Signals/Slot  Tạo tự động (wizard): chuột phải vào đối tượng muốn xử lý kiện, chọn Go to slot, tìm slot hàm xử lý kiện tương ứng muốn dùng HungPN-HUST Embedded System 333 Qt Documentations  Documentation in Qt Assistant (or QtCreator)  Qt’s examples  Qt website, forum: • http://qt-project.org/ • http://www.qtcentre.org • Qt C++ GUI tutorial (youtube) HungPN-HUST Embedded System 334 [...]... cứng và phần mềm song hành: • Phần mềm thường cài đặt cố định lên bộ nhớ trong hệ nhúng (firmware) • Thường lưu trữ trong bộ nhớ EEPROM hoặc FLASH HungPN-HUST Embedded System 21 1.3 Kiến trúc tổng quan hệ nhúng  Sơ đồ ph}n lớp: HungPN-HUST Embedded System 22 Kiến trúc tổng quan hệ nhúng  Sơ đồ khối kiến trúc tổng quan hệ nhúng HungPN-HUST Embedded System 23 Vi xử lý  Processor: • Một bộ xử lý độc... Interrupt-driven I/O • Direct Memory Access (DMA) HungPN-HUST Embedded System 29 Nội dung Chương 1 Tổng quan về hệ nhúng Chương 2 Thiết kế phần cứng hệ nhúng Chương 3 Vi điều khiển Chương 4 Lập trình vi điều khiển Chương 5 Hệ nhúng Arm Linux HungPN-HUST Embedded System 30 Chương 2 Thiết kế phần cứng hệ nhúng     2.1 Thiết kế điện tử 2.2 C|c mạch chức năng cơ bản 2.3 C|c chuẩn giao tiếp, truyền thông 2.4... System 15 Ví dụ về hệ nhúng  KIT FriendlyARM micro2440 HungPN-HUST Embedded System 16 Ví dụ về hệ nhúng (Việt Nam) Bkav SmartHome - Hạ tầng mạng không d}y chuẩn Zigbee - Hệ thống điều khiển 3D - Tiết kiệm điện năng - Tự động ho{n to{n theo c|c kịch bản được thiết lập Robot ToSy -Vi xử lý hiệu năng cao -Trí tuệ nh}n tạo -Cơ khí chính xác HungPN-HUST Embedded System 17 1.2 Đặc trưng của hệ nhúng  (1) Mục...Ví dụ về hệ nhúng  In Cars: HungPN-HUST Embedded System 11 Ví dụ về hệ nhúng  Consumer electronics, home electronics, … HungPN-HUST Embedded System 12 Ví dụ về hệ nhúng M|y b|n h{ng tự động - Vi điều khiển: 16-bit Hitachi H8/300H Processors - Cơ cấu chấp h{nh (motor, tay m|y) B{n chải... Processor HungPN-HUST Embedded System 13 Ví dụ về hệ nhúng Chuột m|y tính được trang bị bộ vi điều khiển 8 bit - Bắt chuyển động, bắt phím - Mã hóa, kết nối với m|y tính Ổ cứng m|y tính - Vi điều khiển 32 bit (ARM) - Tích hợp bộ xử lý tín hiệu số HungPN-HUST Embedded System 14 Ví dụ về hệ nhúng Sony Aibo ERS-7 Robotic Dog - Vi điều khiển 64 bit MIPS R7000 - Hệ điều h{nh Aperios Sony’s Real Time OS Point... trưng của hệ nhúng  (1) Mục đích chuyên dụng (special-purpose): • Thông thường, hệ nhúng được thiết kế để thực hiện một chương trình nào đó, lặp đi lặp lại • Thực hiện nhiều chức năng nhưng cùng một mục đích HungPN-HUST Embedded System 18 Đặc trưng của hệ nhúng  (2) Ràng buộc chặt chẽ bởi các yếu tố: • • • • • Chi phí Hệ thống đơn giản Dựa trên ít thành phần Tốc độ xử lý Năng lượng tiêu thụ  (3)... • Thường sử dụng trong c|c hệ nhúng • Phạm vi rộng: AVRs, PICs, ARMs, … • Kiến trúc: 8 bit, 16 bit, 32 bit, (64 bit) • Bộ nhớ trong cùng chip hoặc phối ghép mở rộng bên ngoài  SoC (System-on-chip): HungPN-HUST Embedded System 25 Bộ nhớ  Bộ nhớ (Memory): • RAM • ROM, EPROM, EEROM (EEPROM) • Flash (newest ROM technology, dominant), sử dụng rộng r~i trong vi điều khiển, hệ nhúng C|c loại bộ nhớ HungPN-HUST... HungPN-HUST Embedded System 19 Đặc trưng của hệ nhúng  (4) Tính tương tác và đ|p ứng sự kiện thời gian thực: • Thường xuyên tương tác với các sự kiện bên ngoài (reactive) • Xử lý tính toán đ|p ứng thời gian thực (real time)  (5) Thỏa mãn yêu cầu về: • Độ tin cậy • Khả năng chịu lỗi  Ví dụ (in car): • ABS • airbag HungPN-HUST Embedded System 20 Đặc trưng của hệ nhúng  (6) Phần cứng và phần mềm song hành: