Luận Văn Thạc Sĩ Về Giao Tiếp Với Vi Điều Khiển ARM

Luận văn thạc sĩ VNU UET về giao tiếp với vi điều khiển ARM trong kỹ thuật điện tử viễn thông, khám phá ứng dụng và công nghệ mới.

• Người hướng dẫn: PGS. TS Ngô Diên Tập
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông
• Đề tài: Giao Tiếp Với Vi Điều Khiển ARM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC VI ĐIỀU KHIỂN ARM
• 1.1. Đôi nét về lịch sử hình thành và phát triển vi điều khiển ARM
• 1.2. Cấu trúc cơ bản ARM
• 1.3. Mô hình kiến trúc
• 1.4. Mô hình thiết kế ARM
• 1.5. Các thanh ghi của ARM
• 1.6. Cấu trúc load-store
• 1.7. Cấu trúc tập lệnh của ARM
• 1.7.1. Thực thi lệnh có điều kiện
• 1.7.2. Phương thức định địa chỉ
• 1.7.3. Ngăn xếp
• 1.7.4. Tập lệnh ARM
• 2. CHƯƠNG 2: GIAO TIẾP VỚI VI ĐIỀU KHIỂN ARM
• 2.1. Mô hình giao tiếp trong vi điều khiển ARM
• 2.2. Các giao tiếp cơ bản trong vi điều khiển ARM
• 2.2.1. Giao tiếp với bộ nhớ
• 2.2.2. Giao tiếp với bộ điều khiển ngắt
• 2.2.3. Giao tiếp với bộ định thời
• 2.2.4. Giao tiếp với bộ điều khiển tạm dừng và Reset
• 2.2.5. Giao tiếp với khối GIPO
• 2.2.6. Giao tiếp với khối truyền/thu không đồng bộ đa năng (UART)
• 2.2.7. Giao tiếp ngoại vi nối tiếp (SPI)
• 2.2.8. Giao tiếp USB
• 2.2.9. Kiến trúc bus truyền dữ liệu cao cấp của vi điều khiển ARM
• 3. CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM CÁC DÒNG LÕI XỬ LÝ ARM
• 3.1. Phân loại và tính năng các dòng lõi xử lý ARM
• 3.2. Đặc điểm các dòng lõi xử lý ARM
• 3.2.1. Đặc điểm của kiến trúc dòng lõi xử lý ARM v4T
• 3.2.2. Đặc điểm kiến trúc dòng lõi xử lý ARM v5
• 3.2.3. Đặc điểm kiến trúc dòng lõi xử lý ARM v6
• 3.2.4. Kiến trúc dòng lõi xử lý ARM v7
• PHẦN I - LÝ THUYẾT CHUNG
• PHẦN II - THỰC NGHIỆM
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MỘT SỐ GIAO TIẾP VỚI VI ĐIỀU KHIỂN AT91SAM7S64
• 4.1. Đặc tính cơ bản của vi điều khiển AT91SAM7S64
• 4.2. Khối nguồn cung cấp
• 4.3. Cổng kết nối chuẩn JTAG
• 4.4. Mạch cảm biến nhiệt độ
• 4.5. Giao tiếp với IC thời gian thực DS12C887
• 4.6. Hiển thị dữ liệu trên LED 7 đoạn
• 4.7. Giao tiếp với SD Card
• 4.8. Giao tiếp với máy tính qua cổng COM
• 4.9. Sơ đồ mặt trên mạch in
• 4.10. Sơ đồ mặt dưới mạch in
• 4.11. Mạch hoàn chỉnh
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Luận Văn Thạc Sĩ Về Giao Tiếp Với Vi Điều Khiển ARM

Luận văn thạc sĩ về giao tiếp vi điều khiển ARM là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực công nghệ điện tử. Vi điều khiển ARM được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nhúng nhờ vào hiệu suất cao và khả năng tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của vi điều khiển ARM mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp.

1.1. Lịch Sử Hình Thành Vi Điều Khiển ARM

Vi điều khiển ARM được phát triển từ năm 1983 bởi công ty Acorn. Sự phát triển này đã tạo ra nhiều thế hệ vi điều khiển, từ ARM1 đến ARM7TDMI, với hàng triệu sản phẩm được sử dụng trên toàn cầu.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Giao Tiếp Trong Vi Điều Khiển ARM

Giao tiếp là yếu tố then chốt trong việc kết nối vi điều khiển ARM với các thiết bị ngoại vi. Điều này giúp mở rộng khả năng ứng dụng của vi điều khiển trong các hệ thống phức tạp.

II. Các Vấn Đề Thách Thức Trong Giao Tiếp Với Vi Điều Khiển ARM

Mặc dù vi điều khiển ARM có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong giao tiếp vi điều khiển. Các vấn đề này bao gồm độ trễ trong truyền dữ liệu, khả năng tương thích giữa các giao thức và sự phức tạp trong việc lập trình. Những thách thức này cần được giải quyết để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

2.1. Độ Trễ Trong Truyền Dữ Liệu

Độ trễ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu thời gian thực. Việc tối ưu hóa giao thức truyền dữ liệu là cần thiết để giảm thiểu độ trễ.

2.2. Khả Năng Tương Thích Giữa Các Giao Thức

Sự đa dạng của các giao thức giao tiếp có thể gây khó khăn trong việc tích hợp các thiết bị khác nhau. Cần có các giải pháp để đảm bảo tính tương thích giữa các giao thức này.

III. Phương Pháp Giao Tiếp Với Vi Điều Khiển ARM Hiệu Quả

Để tối ưu hóa giao tiếp vi điều khiển ARM, có thể áp dụng một số phương pháp như sử dụng giao thức UART, SPI và I2C. Những phương pháp này giúp cải thiện tốc độ truyền dữ liệu và giảm thiểu lỗi trong quá trình giao tiếp.

3.1. Giao Thức UART Trong Giao Tiếp ARM

Giao thức UART là một trong những phương pháp phổ biến nhất để giao tiếp với vi điều khiển ARM. Nó cho phép truyền dữ liệu không đồng bộ với tốc độ cao và dễ dàng triển khai.

3.2. Giao Thức SPI Và I2C

SPI và I2C là hai giao thức khác cũng được sử dụng rộng rãi trong giao tiếp với vi điều khiển ARM. Chúng cung cấp khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả giữa các thiết bị.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Giao Tiếp Vi Điều Khiển ARM

Giao tiếp với vi điều khiển ARM có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như tự động hóa công nghiệp, thiết bị y tế và hệ thống IoT. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm.

4.1. Ứng Dụng Trong Tự Động Hóa Công Nghiệp

Vi điều khiển ARM được sử dụng để điều khiển các thiết bị tự động trong nhà máy, giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Trong Thiết Bị Y Tế

Các thiết bị y tế thông minh sử dụng vi điều khiển ARM để theo dõi và phân tích dữ liệu sức khỏe, từ đó cải thiện chất lượng chăm sóc bệnh nhân.

V. Kết Luận Về Luận Văn Thạc Sĩ Về Giao Tiếp Với Vi Điều Khiển ARM

Luận văn thạc sĩ về giao tiếp vi điều khiển ARM không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu trúc và hoạt động của vi điều khiển mà còn mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển trong tương lai. Việc giải quyết các thách thức trong giao tiếp sẽ giúp nâng cao hiệu suất và khả năng ứng dụng của vi điều khiển ARM.

5.1. Tương Lai Của Giao Tiếp Vi Điều Khiển ARM

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, giao tiếp với vi điều khiển ARM sẽ tiếp tục được cải tiến, mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng trong tương lai.

5.2. Khuyến Nghị Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần có thêm nhiều nghiên cứu để phát triển các giao thức giao tiếp mới, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và khả năng tương thích của vi điều khiển ARM trong các ứng dụng thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vi điều khiển ARM đã trở thành một trong những dòng vi điều khiển phổ biến và mạnh mẽ nhất trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử và công nghệ thông tin, đặc biệt trong các hệ thống nhúng. Từ những năm 1980, ARM đã phát triển qua nhiều thế hệ với các cải tiến vượt bậc về kiến trúc, hiệu suất xử lý và khả năng tiêu thụ năng lượng thấp. Theo ước tính, hàng trăm triệu lõi ARM đã được sử dụng trong các thiết bị di động, hệ thống nhúng và các ứng dụng công nghiệp trên toàn thế giới.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc phân tích cấu trúc, các giao tiếp cơ bản và nâng cao của vi điều khiển ARM, đồng thời thử nghiệm ứng dụng giao tiếp với vi điều khiển AT91SAM7S64 lõi ARM7TDMI. Mục tiêu cụ thể của luận văn là làm rõ mô hình kiến trúc, tập lệnh, các phương thức giao tiếp với bộ nhớ, ngắt, định thời, ngoại vi nối tiếp như UART, SPI, USB và hệ thống bus AMBA, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu cho việc phát triển ứng dụng dựa trên vi điều khiển ARM.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vi điều khiển ARM trong giai đoạn từ năm 1983 đến 2011, với trọng tâm là các dòng lõi ARM7, ARM9, ARM11 và Cortex, cùng các giao tiếp ngoại vi tiêu chuẩn. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả thiết kế hệ thống nhúng, tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng, góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ vi điều khiển tại Việt Nam và trên thế giới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Kiến trúc vi điều khiển ARM: Bao gồm cấu trúc load-store, kiến trúc Harvard, kiến trúc đường ống ba tầng và năm tầng, tập lệnh ARM 32 bit và chế độ Thumb 16 bit. Các khái niệm chính gồm thanh ghi đa dụng, thanh ghi trạng thái CPSR, mô hình pipeline, và các chế độ hoạt động của CPU (User , Supervisor, IRQ, FIQ...).

• Mô hình giao tiếp ngoại vi: Giao tiếp với bộ nhớ (SRAM, DRAM, Flash), bộ điều khiển ngắt (FIQ, IRQ), bộ định thời, bộ điều khiển tạm dừng và Reset, khối GPIO, UART, SPI, USB. Các khái niệm về bus AMBA (ASB, APB) cũng được áp dụng để phân tích hệ thống bus truyền dữ liệu cao cấp.

• Đặc điểm các dòng lõi ARM: Phân loại kiến trúc ARMv4T, ARMv5, ARMv6, ARMv7; các tính năng như tập lệnh Thumb, Thumb-2, SIMD, NEON, TrustZone, Jazelle, NVIC, WIC.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu kỹ thuật, sách chuyên khảo, tài liệu hướng dẫn của ARM, các báo cáo kỹ thuật và tài liệu tham khảo trong ngành công nghệ vi điều khiển.

• Phương pháp phân tích: Phân tích cấu trúc, tập lệnh và giao tiếp của vi điều khiển ARM thông qua mô hình kiến trúc và các sơ đồ khối. Thực nghiệm ứng dụng giao tiếp với vi điều khiển AT91SAM7S64 bằng phương pháp lập trình nhúng, kiểm tra chức năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi như cảm biến nhiệt độ, IC thời gian thực, LED 7 đoạn, SD Card và máy tính qua cổng COM.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và thu thập tài liệu trong 3 tháng đầu; thực nghiệm và phát triển ứng dụng trong 4 tháng tiếp theo; phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn trong 2 tháng cuối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cấu trúc và tập lệnh ARM: Vi điều khiển ARM sử dụng kiến trúc load-store với tập lệnh 32 bit, hỗ trợ thực thi lệnh có điều kiện và thực thi trong một chu kỳ máy. Chế độ Thumb 16 bit giúp giảm kích thước mã lệnh đến 30-40% so với tập lệnh ARM đầy đủ, đồng thời duy trì hiệu suất xử lý cao.

2. Giao tiếp bộ nhớ và ngoại vi: Bộ nhớ trong ARM được phân chia rõ ràng với vùng RAM, ROM, EPROM/Flash, hỗ trợ truy xuất nhanh với các loại bộ nhớ SSRAM, SRAM, DRAM. Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi như UART, SPI, USB được tích hợp sẵn, hỗ trợ đa dạng các chuẩn truyền thông với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 480 Mbps (USB).

3. Bộ điều khiển ngắt và định thời: Hệ thống ngắt gồm hai mức ưu tiên FIQ và IRQ, cho phép xử lý ngắt nhanh và hiệu quả. Bộ định thời có thể hoạt động ở chế độ đếm tự do hoặc tuần hoàn, hỗ trợ phân chia tần số đầu vào với các mức chia 16, 256, 1024, giúp điều khiển thời gian chính xác trong các ứng dụng nhúng.

4. Kiến trúc bus AMBA: Hệ thống bus AMBA gồm bus hiệu suất cao ASB và bus ngoại vi APB, giúp tối ưu hóa băng thông và tiết kiệm năng lượng. AMBA hỗ trợ đa dịch vụ, kiểm thử cao cấp và dễ dàng mở rộng, phù hợp với các hệ thống nhúng phức tạp.

Thảo luận kết quả

Các kết quả trên cho thấy vi điều khiển ARM có cấu trúc linh hoạt, hiệu suất cao và khả năng mở rộng tốt, phù hợp với nhiều ứng dụng từ thiết bị di động đến hệ thống công nghiệp. Việc sử dụng kiến trúc load-store và tập lệnh có điều kiện giúp giảm thiểu số lệnh rẽ nhánh, tăng tốc độ xử lý. Giao tiếp ngoại vi đa dạng và chuẩn hóa giúp dễ dàng tích hợp với các thiết bị khác nhau, nâng cao tính tương tác và mở rộng hệ thống.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, các đặc điểm của ARM như kiến trúc đường ống, bộ điều khiển ngắt ưu tiên, và bus AMBA đều được đánh giá cao về mặt hiệu suất và tiết kiệm năng lượng. Việc thử nghiệm với vi điều khiển AT91SAM7S64 cho thấy khả năng ứng dụng thực tế của các lý thuyết và mô hình giao tiếp, đồng thời cung cấp cơ sở để phát triển các hệ thống nhúng phức tạp hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ hiệu suất xử lý, sơ đồ khối giao tiếp và bảng so sánh các đặc tính kỹ thuật của các dòng lõi ARM, giúp minh họa rõ ràng các ưu điểm và hạn chế của từng kiến trúc.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa phần mềm điều khiển giao tiếp: Phát triển các thư viện phần mềm chuẩn hóa cho các giao tiếp UART, SPI, USB nhằm giảm thời gian phát triển và tăng tính ổn định của hệ thống. Chủ thể thực hiện: nhóm phát triển phần mềm nhúng; Thời gian: 6 tháng.

2. Nâng cấp hệ thống quản lý năng lượng: Áp dụng các tính năng của khối WIC và TrustZone trong lõi ARM để giảm tiêu thụ năng lượng và tăng cường bảo mật cho các thiết bị nhúng. Chủ thể thực hiện: nhóm thiết kế phần cứng và phần mềm; Thời gian: 1 năm.

3. Mở rộng ứng dụng đa lõi và đa nhiệm: Khai thác kiến trúc đa lõi của ARMv6 và ARMv7 để phát triển các hệ thống xử lý đa nhiệm, tăng hiệu suất xử lý cho các ứng dụng phức tạp như xử lý tín hiệu số và đa phương tiện. Chủ thể thực hiện: nhóm nghiên cứu và phát triển; Thời gian: 1-2 năm.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kiến trúc ARM, lập trình nhúng và thiết kế hệ thống giao tiếp cho kỹ sư và sinh viên nhằm nâng cao chất lượng nguồn nhân lực. Chủ thể thực hiện: các trường đại học và trung tâm đào tạo; Thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ Điện tử - Viễn thông: Nắm vững kiến thức về cấu trúc và giao tiếp vi điều khiển ARM, phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu chuyên sâu.

2. Kỹ sư phát triển phần mềm nhúng: Áp dụng các kiến thức về giao tiếp ngoại vi và lập trình điều khiển vi điều khiển ARM trong phát triển sản phẩm thực tế.

3. Nhà thiết kế phần cứng vi điều khiển: Hiểu rõ kiến trúc lõi ARM và hệ thống bus AMBA để thiết kế các bo mạch và hệ thống nhúng hiệu quả.

4. Các nhà quản lý dự án công nghệ: Đánh giá khả năng ứng dụng và triển khai các giải pháp dựa trên vi điều khiển ARM trong các dự án công nghiệp và thương mại.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển ARM có ưu điểm gì so với các dòng vi điều khiển khác?
   ARM nổi bật với kiến trúc load-store, tập lệnh 32 bit thực thi trong một chu kỳ, tiêu thụ năng lượng thấp và hỗ trợ đa dạng giao tiếp ngoại vi, phù hợp cho các hệ thống nhúng hiện đại.

2. Chế độ Thumb trong ARM là gì và có tác dụng ra sao?
   Chế độ Thumb sử dụng tập lệnh 16 bit nén lại từ tập lệnh 32 bit, giúp giảm kích thước mã chương trình đến 30-40% mà vẫn duy trì hiệu suất xử lý cao, tiết kiệm bộ nhớ và băng thông.

3. Bus AMBA gồm những thành phần nào và vai trò của chúng?
   Bus AMBA gồm bus hiệu suất cao ASB và bus ngoại vi APB. ASB dùng cho các thiết bị hiệu suất cao như CPU, DMA; APB dùng cho các thiết bị ngoại vi có tốc độ thấp, giúp tối ưu băng thông và tiết kiệm năng lượng.

4. Làm thế nào để xử lý ngắt nhanh trong vi điều khiển ARM?
   ARM sử dụng hai mức ngắt FIQ (ưu tiên cao) và IRQ (ưu tiên thấp), với bộ điều khiển ngắt riêng biệt, giúp giảm thời gian trễ và tăng tốc độ phản hồi ngắt.

5. Ứng dụng thực tế của vi điều khiển ARM trong giao tiếp ngoại vi là gì?
   Vi điều khiển ARM được sử dụng trong các thiết bị như cảm biến nhiệt độ, thẻ nhớ SD, giao tiếp máy tính qua cổng COM, các thiết bị USB, giúp xây dựng hệ thống nhúng đa chức năng và hiệu quả.

Kết luận

• Vi điều khiển ARM sở hữu kiến trúc load-store, tập lệnh 32 bit và chế độ Thumb 16 bit, mang lại hiệu suất xử lý cao và tiết kiệm năng lượng.
• Hệ thống giao tiếp ngoại vi đa dạng như UART, SPI, USB và bộ điều khiển ngắt, định thời giúp ARM phù hợp với nhiều ứng dụng nhúng.
• Kiến trúc bus AMBA tối ưu hóa băng thông và tiết kiệm năng lượng, hỗ trợ phát triển các hệ thống phức tạp và đa lõi.
• Các dòng lõi ARM từ ARM7 đến Cortex đều có những cải tiến về hiệu suất, bảo mật và khả năng xử lý đa nhiệm.
• Tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp tối ưu dựa trên ARM sẽ thúc đẩy phát triển công nghệ vi điều khiển tại Việt Nam và quốc tế.

Next steps: Triển khai các giải pháp tối ưu phần mềm và phần cứng, đào tạo nguồn nhân lực, mở rộng ứng dụng đa lõi và bảo mật.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích áp dụng kiến thức trong luận văn để phát triển các hệ thống nhúng hiệu quả, đồng thời đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành công nghệ vi điều khiển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 trình bầy những khái quát cơ bản của vi điều khiển ARM, qua đó ta nắm được quá trình phát triển và hình thành vi điều khiển ARM, mô hình kiến trúc của vi điều khiển ARM và cấu trúc tập lệnh với rất nhiều ưu điểm như: tập lệnh 32 bit, cấu trúc load-store, cách tổ chức và thực thi tập lệnh của ARM dưới dạng kiến trúc đường ống và tập lệnh trực giao, hầu hết tất cả các lệnh đều cho phép thực thi có điều kiện và thực thi trong một chu kỳ đơn. Với các đặc tính kỹ thuật đặc trưng này thì vi điều khiển ARM là một trong những vi điều khiển có tốc độ xử lý, hiệu suất thực thi cao và khả năng tiêu thụ năng lượng ít nhất vào thời điểm hiện nay. --------------------------------- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 17 - CHƢƠNG 2 GIAO TIẾP VỚI VI ĐIỀU KHIỂN ARM 2.1 Mô hình giao tiếp trong vi điều khiển ARM Vi điều khiển ARM là một hệ thống có chứa lõi vi xử lý ARM với các giao tiếp hỗ trợ bên trong [6]. Vi điều khiển ARM được thực thi trên hệ thống kiến trúc các bus truyền dữ liệu đa chức năng của vi điều khiển.

Bao gồm bộ xử lý ARM kết nối qua hệ thống bus truyền dữ liệu hiệu suất cao để đồng bộ nhanh với SRAM, các bus giao tiếp ngoài, và cầu nối tới các bus truyền ngoại vi công suất thấp, được mô tả trong hình 2. Thiết bị ngoại vi bên ngoài được xây dựng từ các thiết bị riêng và tùy theo ứng dụng người dùng.1: Mô hình giao tiếp trong vi điều khiển ARM. Các khối chức năng trong vi điều khiển ARM bao gồm: - Bộ xử lý ARM; - Bộ điều khiển ngắt; - Bộ phân xử bus truyền hiệu suất cao (AHB - Advanced High-performance Bus); - Bộ điều khiển bộ nhớ; - SRAM; - EPROM hoặc Flash; LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 18 - - DRAM; - Cầu nối AHB – APB (Advanced Peripheral Bus: Bus truyền ngoại vi tối ưu) - Cầu nối ngoài AHB; - Bộ đếm/định thời; - Khối SPI (Serial Peripheral Interface): Khối giao tiếp các thiết bị ngoại vi nối tiếp; - Khối Serial UART (Serial Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): Khối giao tiếp nối tiếp truyền/thu không đồng bộ đa năng.2 Các giao tiếp cơ bản trong vi điều khiển ARM 2.1 Giao tiếp với bộ nhớ Giao tiếp với bộ nhớ trong vi điều khiển ARM [7] có tính năng truy xuất dữ liệu rất nhanh. Trong vi điều khiển ARM, bộ nhớ nội bộ có thể có các dạng bộ nhớ như: SSRAM, SRAM, DRAM, EPROM/Flash.

Bản đồ bộ nhớ chính được mô tả trong hình 2.2: Sự phân tách hai trạng thái trên bản đồ bộ nhớ. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 19 - Bản đồ bộ nhớ có hai trạng thái: - Trạng thái Reset. - Trạng thái thông thường: sau khi đã được ánh xạ các thanh ghi định địa chỉ vào. Trong cấu hình thông thường (đã được định địa chỉ), ký hiệu vùng RAM là từ địa chỉ 0x0 đến 0x04000000.

Trong cấu hình Reset, ROM được ánh xạ vào không gian được ký hiệu với khả năng truy cập RAM ở địa chỉ cao hơn. Khi truy cập vào không gian bộ nhớ 0x10000000, bộ xử lý sẽ hủy bỏ các trường hợp ngoại lệ (sai địa chỉ). Vùng RAM Vùng RAM được chia thành bốn khối chính được mô tả trong hình 2. Từ phần 16MB dành riêng cho DRAM, SRAM, SSRAM.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 20 - Khối 16MB (khởi điểm ở 0x0) là vùng ROM, có các điểm ký hiệu tới cấu hình cơ sở của ROM, hoặc có các vùng xếp chồng lên RAM (trong cấu hình thông thường). Bảng địa chỉ trên vùng RAM trong cấu hình thông thường và Reset được mô tả trong bảng 2.1: Các địa chỉ trên vùng RAM. Cấu hình thông thƣờng Cấu hình Reset Địa chỉ Địa chỉ tƣơng ứng Địa chỉ Địa chỉ tƣơng ứng 0x00000000 0x01000000 0x00000000 0x04000000 0x00002000 0x02002000 0x00080000 0x03080000 Trong liên kết định địa chỉ, theo mặc định khi ở cấu hình Reset, EPROM và Flash ở dưới đáy của địa chỉ bản đồ nhớ. Nếu thanh ghi định địa chỉ được ghi vào, tín hiệu định địa chỉ sẽ là mức cao và bộ giải mã chuyển sang bản đồ bộ nhớ thông thường, khi đó RAM sẽ ở dưới cùng.

Nếu khi hoạt động mà hệ thống không có EPROM hay Flash, hoặc nếu muốn khởi động từ RAM, phải gỡ liên kết định địa chỉ. Tín hiệu định địa chỉ sẽ luôn ở mức cao, và việc khởi động với SSRAM sẽ ở dưới đáy của địa chỉ bản đồ nhớ. Các bộ nhớ trong vùng RAM có chức năng: - SSRAM Đồng bộ SRAM (SSRAM) được dùng để cung cấp bộ nhớ chu kỳ đơn. Thiết bị SSRAM tổ chức dưới dạng 32KB x 32 bit.

Vùng này được sử dụng cho các trình giới hạn thời gian, như là các bộ điều khiển ngắt. SSRAM thường ở địa chỉ 0, cấu hình của bộ nhớ này là không bắt buộc. - SRAM SRAM được dùng để thể hiện các giản đồ bộ nhớ khác nhau. SRAM cho phép điều khiển bốn mức vật lý 128KB x 8 bit để chia thành hai dãy logic của mỗi một mức 256KB.

Mỗi một dãy logic này có thể được định cấu hình 8, 16, hoặc 32 bit bộ nhớ mở rộng. SRAM mô phỏng bộ nhớ hệ thống này bằng cách chèn chính xác số trạng thái chờ. - DRAM DRAM cung cấp:  Hỗ trợ chế độ tuần tự truy cập;  Hỗ trợ các bước chuyển byte, halfword và word;  Bộ điều khiển làm tươi DRAM;  Tự động định lại cấu hình kích thước khối. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 21 - Vùng ROM Có một vùng được dành riêng cho ROM.

Vùng ROM giống như cả hai cấu hình thông thường và cấu hình Reset của bản đồ bộ nhớ, vùng ROM được mô tả như trong hình 2. 128 MB 0x08000000 ROM 64 MB 0x04000000 Hình 2. Khi Reset vi điều khiển ARM, ROM được xác định ở vị trí 0x0 và khi chuyển sang trạng thái thông thường thì RAM sẽ ở vị trí dưới cùng của bản đồ địa chỉ. EPROM/Flash EPROM/Flash có hai dạng, một cho 8 bit bộ nhớ mở rộng và một cho 16 bit bộ nhớ mở rộng.

Các bộ nhớ này có thể được truy cập cùng theo chuẩn EPROM hoặc theo chuẩn 5V Flash.2 Giao tiếp với bộ điều khiển ngắt Bộ điều khiển ngắt trong ARM [8] cung cấp giao tiếp phần mềm độc lập cho hệ thống ngắt. Các bit ngắt được định nghĩa cho yêu cầu chức năng cơ bản trong thiết kế hệ thống. Trong hệ thống ARM có hai mức ngắt: - FIQ (Fast Interrupt Request) dành cho ngắt nhanh. - IRQ (Interrupt Request) dành cho các ngắt chung.

FIQ được sử dụng ở tại bất kỳ thời điểm nào. Nó cung cấp ngắt với thời gian trễ thấp, giống như là một nguồn độc lập đảm bảo chương trình phục vụ ngắt có thể thực thi trực tiếp mà không cần sự quyết định của nguồn ngắt chính. Điều đó làm giảm bớt thời gian trễ ngắt như là các thanh ghi đặc biệt, các thanh ghi này dành cho các ngắt FIQ và dùng để tối đa hiệu suất. Các bộ điều khiển ngắt được chia ra để sử dụng cho FIQ và IRQ, chỉ khác ở vị trí một bit riêng được định rõ cho bộ điều khiển FIQ, các bit còn lại trong bộ điều khiển ngắt này dành cho nguồn ngắt độc lập trong 32 bit của bộ điều khiển IRQ và được mô tả trong hình 2.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.5: Các bộ điều khiển ngắt FIQ và IRQ. Bộ điều khiển ngắt sử dụng vị trí bit cho mỗi nguồn ngắt khác nhau và mỗi vị trí được định rõ bởi phần mềm chương trình ngắt, các kênh truyền thông và các bộ định thời. Bit 0 không được xác định trong bộ điều khiển IRQ, mặc dù vậy nó vẫn có thể được sử dụng chung tương tự nguồn ngắt như trong bộ điều khiển FIQ. Tất cả nguồn ngắt được đưa vào sẽ hoạt động ở mức cao, bất kỳ yêu cầu đảo hay chốt tác động đến phải được cung cấp tại nguồn ngắt chung.

Quyền ưu tiên trong sơ đồ phần cứng không được cung cấp, cũng không có bất kỳ dạng quyền ưu tiên véc tơ ngắt, tất cả các chức năng này có thể được cung cấp trong phần mềm. Thanh ghi ngắt chương trình cũng cung cấp tới ngắt chung dưới sự điều khiển của phần mềm. Đây là dạng sử dụng để giảm cấp từ ngắt FIQ thành ngắt IRQ. Bộ điều khiển ngắt cung cấp các trạng thái nguồn ngắt, trạng thái yêu cầu ngắt và thanh ghi cho phép ngắt.

Thanh ghi cho phép ngắt được dùng để quyết định một nguồn ngắt hoạt động nếu sinh ra một yêu cầu ngắt để hệ thống xử lý. Trạng thái nguồn ngắt chỉ xác định nếu nguồn ngắt tương thích ưu tiên hoạt động. Nguồn ngắt sẽ hoạt động ở mức cao, do đó một mức logic cao trong thanh ghi trạng thái nguồn chỉ báo nguồn ngắt hoạt động. Trạng thái yêu cầu ngắt được xác định nếu nguồn ngắt sinh ra một yêu cầu ngắt tới bộ xử lý.

Thanh ghi cho phép ngắt có cơ chế kép cho việc thiết lập và xóa các bit cho phép. Các bit thiết lập hay xóa này là độc lập và không liên quan gì đến các bit khác trong thanh ghi cho phép. Khi ghi vào vị trí thiết lập cho phép ngắt, mỗi một bit dữ liệu sẽ được thiết lập ở mức cao tương ứng với bit trong thanh ghi cho phép và tất cả các bit khác trong thanh LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 23 - ghi cho phép không bị ảnh hưởng. Khi ghi vào vị trí xóa trên thanh ghi cho phép nghĩa là dùng bit xóa đảo lại, không dùng các bit khác.

Một kênh của bộ điều khiển ngắt được mô tả trong hình 2.6: Sơ đồ một kênh của bộ điều khiển ngắt. Bộ điều khiển ngắt FIQ được dành riêng bit 0. Bộ điều khiển IRQ có số lượng lớn hơn, kích thước của bộ điều khiển này phụ thuộc vào hệ thống xử lý. Các thanh ghi điều khiển ngắt: Các thanh ghi sau được quy định cho cả hai bộ điều khiển ngắt FIQ và IRQ - Thanh ghi cho phép  Trạng thái chỉ đọc.

 Thanh ghi cho phép được dùng để chắc chắn nguồn ngắt đầu vào và xác định nguồn ngắt đầu vào được tác động sẽ tạo ra một yêu cầu ngắt đến bộ xử lý. Thanh ghi này là chỉ đọc và các giá trị của nó chỉ có thể thay đổi bởi các vị trí thiết lập hoặc xóa. Nếu các bit trong bộ điều khiển ngắt chưa được kích hoạt (thiết lập hoặc xóa) thì có nghĩa là các bit trong thanh ghi cho phép đó sẽ đọc nhưng với trạng thái không xác định.