Microelettronica Corso di progettazione su SoC ARM:
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1 Microelettronica Corso di progettazione su SoC ARM: Introduzione Stefano Salvatori Università degli Studi Roma Tre Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2013
2 Microprocessori e microcontrollori Il termine microprocessore è oggi di uso comune e diffuso. Ad esso associamo le macchine di calcolo di cui, sappiamo, esso rappresenta il cervello. Ma cosa dire di un microcontrollore? abbiamo idea in quale ambito esso possa trovare applicazione? Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 2
3 ? Con il corso si cercherà di dare una risposta a domande di questo tipo: cos è un microcontrollore? dove trova applicazione? ma, soprattutto: sono in grado di progettare un sistema basato su microcontrollore? Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 3
4 ? Dove troviamo un microprocessore? Dove troviamo un microcontrollore? Conosco apparati che basino il loro funzionamento su un microcontrollore? Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 4
5 Cos'è un microcontrollore? Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 5
6 Cos'è un microcontrollore? E un sistema che rispecchia l architettura di un computer (CPU, memorie, I/O) Ha una modesta capacità di calcolo ma esegue le istruzioni piuttosto rapidamente Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 6
7 System on a Chip I moderni microntrollori rientrano nella categoria dei SoC, System on a Chip. Nel chip è integrato una CPU (core) e diversi blocchi dalla funzionalità specifica: RAM e ROM; porte di interfacciamento (GPIO); ADC e DAC; hardware per la comunicazione: BUS UART I 2 C, SPI, USB, CAN, LIN Dispositivi per lo sviluppo ISP, In System Programmable ICE, In System Emulator Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 7
8 Applicazioni Con un microcontrollore possiamo realizzare sistemi che in logica cablata richiederebbero molto tempo sia per la progettazione che la realizzazione Viene impiegato in applicazioni embedded stand-alone Molto del lavoro di progettazione riguarda la definizione del firmware Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 8
9 Dove troviamo un microcontrollore? ci svegliamo al suono di una radiosveglia: è il primo microntrollore con cui veniamo a contatto 2 impostiamo la temperatura ambiente su un termostato Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 9
10 Dove troviamo un microcontrollore? prepariamo la colazione utilizzando il forno a microonde inseriamo l antifurto 5 rispondiamo al telefono Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 10
11 Dove troviamo un microcontrollore? 6 comandiamo l apertura dell automobile e quella del cancello 8 oppure obliteriamo un biglietto Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 11
12 Dove troviamo un microcontrollore? 9 guidiamo e giungiamo sul posto di lavoro 11 o di studio Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 12
13 Dove troviamo un microcontrollore? 12 facciamo una pausa con gli amici Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 13
14 Dove troviamo un microcontrollore? 14 preleviamo dei soldi al bancomat o andiamo alla Posta Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 14
15 Dove troviamo un microcontrollore? torniamo a casa e guardiamo un po di TV, oppure vediamo un DVD, # Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 15
16 Dove troviamo un microcontrollore? a fine giornata avremo preso contatto anche con un centinaio di apparati basati su microcontrollori altri esempi: ascoltare musica usare una calcolatrice usare la lavatrice o la lavastoviglie ma anche il frigo o il condizionatore una fotocopiatrice un digital photo frame un giocattolo Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 16
17 Dove troviamo un microcontrollore? in un'automobile trovano posto decine di microcontrollori Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 17
18 Dove troviamo un microcontrollore? non in tutte Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 18
19 Obiettivi del corso Cosa è un microcontrollore progettare su misura applicazioni intelligenti trasferimento di tecnologia conoscenza competenza progetti basati su microcontrollore Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 19
20 Corso: architettura ARM Generalità e cenni storici del processore ARM Generalità sui microprocessori: MU0 Il set di istruzioni MU0 Architettura RISC Organizzazione dei registri interni Stato ARM e stato Thumb Registri generali e di stato in modalità ARM e Thumb Set di struzioni Panoramica delle istruzioni ARM Istruzioni per la gestione di stack Istruzioni e salti condizionali Concetto di pipeline pipeline a 3 stadi in ARM7TDMI- S Rischi delle pipeline Eccezioni Origine delle eccezioni e modalità di gestione delle eccezioni Vettori di interrupt e priorità Memorie Organizzazione delle memorie: little e big-endian Il modello di indirizzamento standard di memoria in ARM Comportamento dello stack Architetture di bus AMBA, ASB, AHB, APB Sistemi di debug Interfaccia JTAG Organizzazione ARM7TDMI Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 20
21 Corso: LPC2103 e periferiche Introduzione Memoria di sistema VIC PL190 Il controllo di sistema nel μc LPC2103 Mappa e impostazione dei pin Porte di input/output Conversione A/D e D/A ADC UART, I2C, SPI Timer Real Time Clock Watchdog Memoria Flash Embedded ICE Lo standard I2C Collegamento seriale SPI LCD standard HD44780 Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 21
22 Corso: esercitazioni con l'lpc2103 Compilazione, upload, debug di un progetto uso di GPIO comando di un LED on/off lettura di un tasto Gestione di tasto con interrupt acquisizione da ADC Gestione timer Gestione LCD RTC programmabile Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 22
23 Modalità d'esame 1. Sviluppo di un progetto con LPC2103: a. stesura della documentazione b. allestimento del prototipo c. uso degli strumenti di sviluppo d. progettazione del software e. debugging e collaudo 2. Colloquio: processore ARM Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 23
24 Riferimenti S. Furber ARM, system-on-chip architecture 2 ed., Addison Wesley S. Salvatori, Introduzione alla progettazione con gli LPC2000, Aracne ed. NXP, UM10161 LPC2101/02/03 User Manual, LPC2101/02/03 datasheet, T. Martin, The insider s guide to the NXP ARM7-based microcontrollers, ARM Limited ARM7TDMI-S Technical Reference Manual, r4p3, Lucidi e materiale vario: Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 24
25 La prossima volta: Portare una pen-memory di almeno 4 GiB per installare la live GNU/Linux e la toolchain per lo sviluppo dei progetti Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 25
26 Domande Stefano Salvatori (st lab. 132) stefano.salvatori@uniroma3.it Università degli Studi Roma Tre Microelettronica 2012 Stefano Salvatori 26
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