Tải bản đầy đủ
Chương I: Tổng quan kiến trúc ARM Cortex M3

Chương I: Tổng quan kiến trúc ARM Cortex M3

Tải bản đầy đủ

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

■ 32-bit RISC
- 32-bit ARM Cortex ® ™-M3 v7M kiến trúc tối ưu hóa với chân linh
kiện nhỏ cho ứng dụng nhúng.
- Hệ thống hẹn giờ (SysTick), cung cấp đơn giản, 24-bit tự động nạp lại,
tạo sự kiện ngắt khi bộ đếm xuống mức zero, truy cập với một cơ chế điều
khiển linh hoạt, được thiết kế cho hệ điều hành thời gian thực.
- Thumb ® tương thích Thumb-2-nhằm đạt được hiệu suất cao của tập
lệnh ARM-32bit với mật độ ma chương trình tối ưu của tập lệnh Thumb 16bit.
- Hoạt động 50-MH
- Chia phần cứng và khuếch đại chu trình đơn.
- Tích hợp Bộ điều khiển vector ngắt lồng nhau (NVIC) cung cấp tính
quyết định xử lý ngắt
- 36 ngắt với tám cấp độ ưu tiên
- Khối bảo vệ bộ nhớ (MPU), cung cấp một chế độ đặc quyền cho cấu trúc
hệ điều hành được bảo vệ
- Truy cập dữ liệu độc lập, cho phép dữ liệu được đóng gói vào bộ nhớ
hiệu quả
- Thao tác bit (dải bit), cung cấp sử dụng bộ nhớ tối đa và kiểm soát các
thiết bị ngoại vi hợp lý.
■ ARM Cortex ® ™-M3 Processor Core
- Lõi thu gọn.
- Thumb-2, cung cấp các tính năng cao dự kiến của một lõi ARM trong
kích thước bộ nhớ thường được kết hợp với 8 - và 16-bit thiết bị; thường trong
khoảng một vài kilobyte bộ nhớ cho các ứng dụng lớp vi điều khiển.
- Nhanh chóng thực hiện thông qua các ứng dụng kiến trúc Harvard bằng
các bus đặc trưng riêng biệt cho điều khiển và dữ liệu.
- Xử lý gián đoạn vượt trội, bằng cách thực hiện các thao tác thanh ghi cần
thiết để xử lý một gián đoạn trong phần cứng.
- Tính quyết định, xử lý ngắt nhanh chóng: trong 12 chu kỳ, hoặc chỉ có 6
chu kỳ với kỹ thuật tail-chaining

GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 4

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

- Đơn vị bảo vệ bộ nhớ (MPU) cung cấp một chế độ ưu tiên để thực hiện
các ứng dụng phức tạp.
- Dịch chuyển từ các gia đình bộ xử lý ARM7 ™ cho hiệu năng tốt hơn và
hiệu quả về năng lượng.
- Đầy đủ tính năng giải pháp gỡ rối
• JTAG Debug Serial Port (SWJ-DP)
• Flash Patch và Breakpoint (FPB) đơn vị để thực hiện các điểm ngắt
• DataWatchpoint và Trigger (DWT) đơn vị thực hiện watchpoints, nguồn
trigger và hệ thống hồ sơ.
• Instrumentation Trace Macrocell (ITM) để hỗ trợ gỡ rối các kiểu printf
• Trace Port Interface Unit (TPIU) để chuyển tiếp đến Trace Port Analyzer
- Tối ưu hóa cho việc sử dụng flash đơn chu kỳ
- Ba chế độ ngủ với điện năng thấp
- Hướng dẫn đơn chu kỳ và phân chia phần cứng
- Hoạt động nguyên tử
- ARM Thumb2 16-/32-bit tập lệnh hỗn hợp
- 1.25 DMIPS/MHz
■ JTAG
- IEEE 1.149,1-1990 tương thích điều khiển Test Access Port (TAP)
- Bốn-bit thanh ghi điều khiển (IR) để lưu trữ chỉ thị JTAG
- Tiêu chuẩn chỉ thị IEEE: BYPASS, IDCODE, SAMPLE/PRELOAD,
EXTEST và INTEST
- ARM thêm chỉ thị: APACC, DPACC và ABOR
- Tích hợp ARM Serial Wire Debug (SWD)
■ Hibernation
- Hệ thống điều khiển công suất sử dụng bộ điều chỉnh bên ngoài riêng
biệt
- Pin chuyên dụng để báo một tín hiệu bên ngoài
- Phát hiện pin thấp, báo hiệu và tạo ngắt
- Đồng hồ thời gian thực (RTC) 32-bit
- Hai thanh ghi RTC 32-bit phù hợp cho thức dậy và tạo ngắt
GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 5

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

- Xung nhịp nguồn từ một bộ dao động bên ngoài 32,768-kHz hoặc một
thạch anh 4,194304-MHz
- RTC vi chỉnh để điều chỉnh tốt với tỷ lệ xung nhịp
- 64 từ nhớ 32-bit không bay hơi
- Có thể lập trình ngắt cho RTC phù hợp, đánh thức bên ngoài, và các sự
kiện pin thấp
■ Bộ nhớ trong
- 256 KB flash
- 64 kB SRAM
■ GPIOs
- 5-42 GPIOs, tùy thuộc vào cấu hình
- 5-V, tùy vào cấu hình đầu vào
- Có thể lập trình điều khiển cho ngắt GPIO
• Tạo ngắt
• Gây ra ngắt theo sườn: lên, xuống hoặc cả hai
• Ngắt theo mức : cao hoặc thấp
- Đọc và ghi hoạt động các bit thông qua các dòng địa chỉ
- Có thể bắt đầu một chuỗi mẫu ADC
- Các Pin cấu hình như các đầu vào kỹ thuật số là các Schmitt-Trigger
- Có thể lập trình điều khiển để cấu hình các chân GPIO
• Điện trở kéo lên nguồn, hoặc kéo xuống mass.
• 2-mA, 4-mA, và 8-mA để giao tiếp kỹ thuật số; có thể được cấu hình lên
đến 18-mA cho các ứng dụng cần dòng lớn.
• Cho phép đầu vào kỹ thuật số
■ General-Purpose Timers
- 4 bộ General-Purpose Timer Modules (GPTM), mỗi bộ cung cấp hai bộ
timer/counter 16-bit. Mỗi GPTM có thể được cấu hình để hoạt động độc lập:
• Là một bộ đếm thời gian 32-bit
• Là một đồng hồ thời gian thực 32-bit (RTC) để nắm bắt sự kiện
• Dùng cho điều chế rộng xung (PWM)
• Để kích hoạt chuyển đổi tương tự - số
GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 6

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

- Chế độ Timer 32-bit
• Có thể lập trình one-shot thời gian
• Có thể lập trình theo chu kỳ thời gian
• Real-Time Clock sử dụng một xung nhịp 32,768-KHz bên ngoài như đầu
vào
• Người dùng có thể dừng trong quá trình gỡ rối
• Kích hoạt ADC
- Chế độ Timer 16-bit
• Chức năng như độ định thời với một bộ chia 8-bit (cho chế độ one-shot
và chế độ theo chu kỳ)
• Có thể lập trình one-shot thời gian
• Có thể lập trình theo chu kỳ thời gian
• Người dùng có thể dừng trong quá trình gỡ rối
• Kích hoạt ADC
- Chế độ Input Capture 16-bit
• Capture đầu vào theo sườn
• Capture đầu vào theo thơi gian
- Chế độ PWM 16bit
• Chế độ PWM đơn giản với đầu ra có thể lập trình phần mềm của tín hiệu
PWM
■ Watchdog Timer
- Bộ đếm xuống 32-bit với một thanh ghi tải có thể lập trình.
- Xung watchdog riêng biệt
- Có thể lập trình tạo ngắt
- Khóa thanh ghi bảo vệ từ phần mềm sai
- Thiết lập lại bằng logic với một phép / vô hiệu hóa
- Người dùng có thể dừng trong quá trình gỡ rối
■ ADC
- Bốn kênh đầu vào analog
- Cảm biến nhiệt độ bên trong on-chip
- Tốc độ lấy mẫu 500.000 mẫu / giây
GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 7

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

- Dễ dàng cấu hình chuyển đổi tương tự - số
- Linh hoạt trong kích hoạt các điều khiển
• Bộ điều khiển (phần mềm)
• Timers
• So sánh tương tự
• PWM
• GPIO
- Phần cứng trung bình lên đến 64 mẫu để cải thiện độ chính xác
- Chuyển đổi sử dụng một tham chiếu 3-V nội
- Nguồn và mass cho các mạch tương tự là tách biệt với nguồn và mass
của mạch kỹ thuật số.
■ UART
- Hai chuẩn lập trình đầy đủ 16C550-loại UARTs với hỗ trợ IrDA
- 16x8 truyền (TX) và nhận (RX) FIFOs riêng biệt để giảm tải ngắt CPU
- Có thể lập trình cho phép tốc độ lên tới 3,125 Mbps
- Các mức độ FIFO 1 / 8, 1 / 4, 1 / 2, 3 / 4, và 7 / 8
- Tiêu chuẩn giao tiếp không đồng bộ với các bit bắt đầu, dừng lại, và tính
chẵn lẻ
- Phát hiện và sửa lỗi đường truyền
- Lập trình đầy đủ các đặc tính giao diện nối tiếp
• 5, 6, 7, hoặc 8 bit dữ liệu
• Tạo và kiểm tra bit chẵn, lẻ hoặc không
• Tạo 1 hoặc 2 bit dừng
- Cung cấp bộ mã hóa / giải mã IrDA serial -IR (SIR)
• Lập trình sử dụng IrDA Serial Infrared (SIR) hoặc đầu vào / đầu ra
UART
• Hỗ trợ chức năng mã hóa / giải mã IrDA SIR cho tốc độ dữ liệu lên đến
115,2 Kbps bán song công
• Hỗ trợ mức năng lượng 3 / 16 bình thường và mức năng lượng thấp
(1,41-2,23 μs) thời lượng bit

GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 8

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

• Có thể lập trình lấy xung clock là bộ chia 1-256 cho chế độ năng lượng
thấp
■ Giao diện nối tiếp đồng bộ (SSI)
- Hoạt động master hoặc slave
- Có thể lập trình xung nhịp tốc độ bit và chia xung nhịp
- Truyền và nhận FIFOs riêng biệt, 16 bit rộng, 8 vị trí sâu
- Có thể lập trình giao diện hoạt động các giao diện nối tiếp đồng bộ của
Freescale SPI, MICROWIRE, hay Texas Instruments
- Lập trình khung dữ liệu 4-16 bit
- Chế độ kiểm tra ngược bên trong để kiểm tra phán đoán / gỡ rối
■ I2C
- Các thiết bị trên bus I2C có thể được chỉ định là master hoặc slave
• Hỗ trợ cả việc gửi và nhận dữ liệu như một master hoặc slave
• Hỗ trợ hoạt động đồng thời master và slave
- Bốn chế độ I2C
• Master truyền
• Master nhận
• Slave truyền
• Slave nhận
- Hai tốc độ truyền dẫn: Tiêu chuẩn (100 Kbps) và nhanh (400 Kbps)
- Nguồn ngắt master và slave
• Master tạo ra ngắt khi hoạt động truyền hoặc nhận hoàn thành (hoặc hủy
bỏ do lỗi)
• Slave tạo ra ngắt khi dữ liệu đã được gửi hoặc yêu cầu của master
- Master với phân xử và xung nhịp đồng bộ, hỗ trợ đa chủ, và chế độ 7-bit
địa chỉ
■ Controller Area Network (CAN)
- CAN giao thức phiên bản 2.0 A / B
- Tốc độ bit lên đến 1 Mbps
- 32 tin nhắn với nhận dạng mask cá nhân
- Ngắt mask
GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 9

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

- Vô hiệu hoá chế độ tự động gửi lại cho ứng dụng Time-Triggered CAN
(TTCAN)
- Lập trình kiểm tra ngược cho chế độ tự kiểm tra
- Cho phép lập trình FIFO lưu trữ của nhiều đối tượng nhắn tin
- Kèm theo một giao diện CAN bên ngoài thông qua các tín hiệu
CANnTX và CANnRX
■ 10/100 Ethernet Controller
- Phù hợp với các đặc điểm kỹ thuật IEEE 802,3-2002
• 10Base-T/100Base-TX IEEE-802,3
• 10Base-T/100Base-TX ENDEC, 100BASE-TX Scrambler / descrambler
- Nhiều chế độ hoạt động
• Song công và bán song công 100 Mbps
• Song công và bán song công 10 Mbps
• Chế độ tiết kiệm điện và giảm công suất xuống
- Cấu hình cao
• Lập trình địa chỉ MAC
• Lựa chọn hoạt động LED
• Hỗ trợ chế độ pha tạp
• Điều khiển loại bỏ lỗi CRC
•Người dùng cấu hình ngắt
- Thao tác truyền thông vật lý
• Tự động MDI / MDI-X qua chỉnh sửa
• Tự động điều chỉnh phân cực và tiếp nhận tín hiệu 10BASE-T
- IEEE 1588 Giao thức Thời gian chính xác - cung cấp thời gian chính xác cao
cho các gói cá nhân
Bộ so sánh tương tự
- Tích hợp một bộ so sánh tương tự
- Cấu hình cho đầu ra để điều khiển chân đầu ra, tạo ra một ngắt, hoặc bắt
đầu một mẫu ADC trình tự.
- So sánh đầu vào chân bên ngoài hoặc để lập trình điện áp tham chiếu bên
trong
GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 10

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

- So sánh một điện áp kiểm tra đối với bất kỳ một trong những điện áp
• Một điện áp tham chiếu cá nhân bên ngoài
• Một điện áp tham chiếu chia sẻ duy nhất bên ngoài
• Một điện áp tham chiếu chia sẻ nội bộ
■ PWM
- Ba khối tạo PWM 16-bit, hai bộ so sánh PWM, một khối tạo tín hiệu
PWM, một máy phát băng tần chết, và một bộ lựa chọn ngắt /kích hoạt ADC
- Một lỗi đầu vào trong phần cứng để tăng độ trễ thấp tắt máy
- Bộ đếm 16 bit:
• Đếm xuống hoặc chế độ Lên / Xuống
• Tần số đầu ra được điều khiển bởi một giá trị nạp 16-bit
• Cập nhật giá trị nạp có thể được đồng bộ
• Tạo ra tín hiệu zero và giá trị tải
- Hai bộ so sánh PWM
• Cập nhật giá trị so sánh có thể được đồng bộ
• Tạo ra các tín hiệu đầu ra khi so sánh đúng
- Bộ tạo PWM
• Đầu ra tín hiệu PWM được xây dựng dựa trên các hoạt động như là một
kết quả của bộ đếm và tín hiệu so sánh PWM đầu ra
• Tạo ra hai tín hiệu PWM độc lập
- Bộ tạo Dead-band
• Tạo ra hai tín hiệu PWM với lập trình trễ băng tần chết phù hợp để điều
khiển nửa cầu H
• Có thể được bỏ qua, để lại các tín hiệu PWM đầu vào không sửa đổi
- Kiểm soát đầu ra linh hoạt với cho phép đầu ra PWM của mỗi tín hiệu
PWM
• Cho phép đầu ra PWM của mỗi tín hiệu PWM
• Các tùy chọn đảo đầu ra của mỗi tín hiệu PWM (phân cực điều khiển)
• Tùy chọn xử lý lỗi cho mỗi tín hiệu PWM
• Đồng bộ hóa các bộ timer trong các khối tạo PWM
• Đồng bộ hoá cập nhật các bộ đếm /bộ so sánh giữa các khối tạo PWM
GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 11

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

• Tóm tắt tình trạng ngắt các khối tạo PWM
- Có thể bắt đầu một chuỗi lấy mẫu ADC
■ QEI
- Hai module QEI, với các tính năng sau đây:
- Chức vụ tích hợp, theo dõi vị trí mã hóa
- Chụp tốc độ bằng cách sử dụng tích hợp bộ đếm thời gian
- Tần số đầu vào của các đầu vào QEI có thể cao bằng 1 / 4 của tần số bộ
xử lý
- Tạo ngắt:
• Chỉ số xung
• Hẹn giờ tốc độ hết hạn
• Hướng thay đổi
• Phát hiện lỗi góc
■ Power
- Low Drop-Out (LDO) ổn áp on-chip, với người dùng lập trình điều
chỉnh đầu từ 2,25 V đến 2,75 V
- Module hibernation xử lý các chuỗi power-up/down 3.3 V và kiểm soát
mạch kỹ thuật số logic và mạch tương tự
- Tùy chọn mức năng lượng thấp trên bộ điều khiển: chế độ Sleep và
Deep-Sleep
- Tùy chọn mức năng lượng thấp cho các thiết bị ngoại vi: điều khiển bằng
phần mềm tắt máy của các thiết bị ngoại vi cá nhân
- Phát hiện nguồn cung cấp 3.3V bị gián đoạn và báo cáo ngắt hoặc reset
■ Các nguồn reset linh hoạt
- Power-on reset (POR)
- Xác nhận reset pin
- Brown-out (BOR) phát hiện cảnh báo cho hệ thống nguồn giảm
- Reset bằng Phần mềm
- Đặt lại Watchdog timer
- Low drop-out (LDO) bên trong
1.2 Mục tiêu ứng dụng
GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 12

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

■ Giám sát từ xa
■ Máy bán hàng điện tử (POS)
■ Thiết bị kiểm tra và đo lường
■ Thiết bị mạng và thiết bị chuyển mạch
■ Nhà máy tự động hóa
■ HVAC và kiểm soát các tòa nhà
■ Thiết bị chơi game
■ Điều khiển động cơ
■ Thiết bị y tế
■ Báo cháy và an ninh
■ Điện năng và năng lượng
■ Giao thông vận tải
1.3 Sơ đồ khối

GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 13

SVTH: Trịnh Đình Chương

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện Tử

Hình 1-1: Sơ đồ khối LM3S8962

GVHD: Dương Thị Hằng

Page: 14

SVTH: Trịnh Đình Chương