Download miễn phí Tóm tắt bài giảng Hệ thống điều khiển nhúng
Nội dung
1 MỞ ĐẦU.5
1.1 Các khái niệm về hệ nhúng.5
1.2 Lĩnh vực ứng dụng của hệ nhúng.7
1.3 Đặc điểm công nghệ và xu thế phát triển của hệ nhúng.8
1.3.1 Đặc điểm công nghệ.8
1.3.2 Xu thế phát triển và sự tăng trưởng của hệ nhúng .9
1.4 Mục đích và nội dung môn học.10
2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỆ NHÚNG.11
2.1 Các thành phần kiến trúc cơ bản.11
2.1.1 Đơn vị xử lý trung tâm CPU.11
2.1.2 Xung nhịp và trạng thái tín hiệu.13
2.1.3 Bus địa chỉ, dữ liệu và điều khiển.16
2.1.4 Bộ nhớ.17
2.1.5 Không gian và phân vùng địa chỉ.21
2.1.6 Ngoại vi.21
2.1.7 Giao diện.33
2.2 Một số nền phần cứng nhúng thông dụng (µP/DSP/PLA) .37
2.2.1 Chip Vi xử lý / Vi điều khiển nhúng .37
2.2.2 Chip DSP.39
2.2.3 PAL.41
3 CƠ SỞ KỸ THUẬT PHẦN MỀM NHÚNG.48
3.1 Đặc điểm phần mềm nhúng .48
3.2 Biểu diễn số và dữ liệu .48
3.2.1 Các hệ thống cơ số.48
3.2.2 Số nguyên .48
3.2.3 Số dấu phảy tĩnh.50
3.2.4 Số dấu phảy động.51
3.2.5 Một số phép tính cơ bản.52
3.3 Tập lệnh .55
3.3.1 Cấu trúc tập lệnh CISC và RISC.55
3.3.2 Định dạng lệnh .57
3.3.3 Các kiểu truyền địa chỉ toán tử lệnh .57
3.3.4 Nguyên lý thực hiện pipeline.60
3.3.5 Harzard.61
3.4 Ngôn ngữ và môi trường phát triển.63
3.4.1 Ngôn ngữ.63
3.4.2 Biên dịch .65
3.4.3 Simulator .70
3.4.4 Emulator .71
3.4.5 Thiết kế hệ thống bằng máy tính .71
4 HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG .73
4.1 Hệ điều hành.73
4.2 Bộ nạp khởi tạo (Boot‐loader).74
4.3 Các yêu cầu chung.76
4.4 Hệ điều hành thời gian thực.77
5 KỸ THẬT LẬP TRÌNH NHÚNG .81
5.1 Tác vụ và quá trình (process) .81
5.2 Lập lịch (Scheduling).81
5.2.1 Các khái niệm.81
5.2.2 Các phương pháp lập lịch phổ biến .82
5.2.3 Kỹ thuật lập lịch .85
5.3 Truyền thông và đồng bộ.87
5.3.1 Semaphore.87
5.3.2 Monitor .89
5.4 Xử lý ngắt .90
6 THIẾT KẾ HỆ NHÚNG: TỔ HỢP PHẦN CỨNG VÀ MỀM.93
6.1 Qui trình phát triển .93
6.2 Phân tích yêu cầu.93
6.3 Mô hình hoá sự kiện và tác vụ.93
6.3.1 Phương pháp mô hình Petrinet.93
6.3.2 Qui ước biểu diễn mô hình Petrinet .94
6.3.3 Mô tả các tình huống hoạt động cơ bản với Petrinet .95
6.3.4 Ngôn ngữ mô tả phần cứng (VHDL) .103
6.4 Thiết kế phần mềm điều khiển.104
6.4.1 Mô hình thực thi bộ điều khiển nhúng.104
6.4.2 Ví dụ thực thi bộ điều khiển PID số.106
TÀI LIỆU THAM KHẢO .108
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
cụ thể. Chính vì vậy một từ có thể là 16 bits, 32 bits, hoặc 64 bits… Mỗi một byte có thể được chia ra thành hai nửa 4 bit và được gọi là các nibble.
Nibble chứa các bít trọng số lớn được gọi là nibble bậc cao, và nibble chứa các bit
trọng số nhỏ được gọi là nibble bậc thấp.
3.2.1 Các hệ thống cơ số
Trong các hệ thống biểu diễn số hiện nay đều được biểu diễn ở dạng tổng quát là tổng
luỹ thừa theo cơ số, và được phân loại theo giá trị cơ số. Một cách tổng quát một hệ biểu
diễn số cơ số b và a là một số nguyên nằm trong khoảng giá trị cơ số b được biểu diễn
như sau:
11 0
0
n
n n i
n n i
i
A a b a b a a b−−
=
= + + ⋅⋅⋅+ = ⋅∑ (1.1)
Ví dụ như cơ số binary (nhị phân), cơ số decimal (thập phân), cơ số hexadecimal, cơ số 8
Octal (bát phân).
Ví dụ về biểu diễn các giá trị trong các hệ cơ số khác nhau: 243.5110 = 2 x 102 + 4 x 101 + 3 x 100 + 5 x 10‐1 + 1 x 10‐2 2123 = 2 x 32 + 1 x 31 + 2 x 30 = 2310 101102 = 1 x 24 + 0 x 23 + 1 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 = 2210
Hai loại cơ số biểu diễn thông dụng nhất hiện nay cho các hệ thống xử lý số là cơ số nhị
phân và cơ số mười sáu.
3.2.2 Số nguyên
Trong biểu diễn số có dấu để phân biệt số dương và số âm người ta sử dụng bit trọng số
lớn nhất qui ước làm bit dấu và các bit còn lại được sử dụng để biểu diễn giá trị độ lớn
của số. Ví dụ một từ 8 bit được sử dụng để biểu diễn giá trị ‐1 sẽ có dạng nhị phân là
10000001, và giá trị +1 sẽ có dạng 00000001. Như vậy với một từ 8 bit có thể biểu diễn
được các số trong phạm vi từ ‐127 đến +127. Một cách tổng quát một từ N bit sẽ biểu
diễn được ‐2(N‐1)‐1 đến +2(N‐1)‐1.
Chú ý khi thực hiện cộng hai số có dấu:
9 Nếu hai số cùng dấu thì thực hiện phép cộng phần biểu diễn giá trị và sử dụng bit
dấu cùng dấu với hai số đó.
9 Nếu hai số khác dấu thì kết quả sẽ nhận dấu của toán tử lớn hơn, và thực hiện
phép trừ giữa toán tử có giá trị lớn hơn với toán tử bé hơn.
Ví dụ 1: Cộng hai số có dấu 010011112 và 001000112.
1 1 1 1 ⇐ carries 0 1 0 0 1 1 1 1 (79) 0 + 0 1 0 0 0 1 1 + (35) 0 1 1 1 0 0 1 0 (114)
Ví dụ 2: Cộng hai số có dấu 010011112 và 011000112.
Nhớ cuối cùng 1 ← 1 1 1 1 ⇐ carries
Tràn 0 1 0 0 1 1 1 1 (79)
bỏ nhớ 0 + 1 1 0 0 0 1 1 + (99) 0 0 1 1 0 0 1 0 (50)
Ví dụ 3: Trừ hai số có dấu 010011112 và 011000112.
0 1 1 2 ⇐ borrows 0 1 1 0 0 0 1 1 (99) 0 ‐ 1 0 0 1 1 1 1 ‐ (79) 0 0 0 1 0 1 0 0 (20)
Ví dụ 4: Cộng hai số khác dấu 100100112 (‐19) và 000011012 (+13)
0 1 2 ⇐ borrows 1 0 0 1 0 0 1 1 (‐19) 0 ‐ 0 0 0 1 1 0 1 + (13) 1 0 0 0 0 1 1 0 (‐6)
Thuật toán thực hiện phép tính có dấu:
(1) Khai báo và xóa các biến lưu giá trị và dấu để chuẩn bị thực hiện phép tính.
(2) Kiểm tra dấu của toán tử thứ nhất để xem có phải số âm không. Nếu là số âm
thì thực hiện bù dấu và bù toán tử. Nếu không thì chuyển qua thực hiện bước 3.
(3) Kiểm tra dấu của toán tử thứ hai để xem có phải số âm không. Nếu là số âm thì
thực hiện bù dấu và bù toán tử. Nếu không thì chuyển sang thực hiện bước 4.
(4) Thực hiện phép nhân hoặc chia với các toán tử vừa xử lý.
(5) Kiểm tra dấu. Nếu zero thì coi như đã kết thúc. Nếu bằng ‐1 (0ffh) thì thực hiện
phép tính bù hai với kết quả thu được và kết thúc.
50
Hiện nay người ta sử dụng hai qui ước biểu diễn số nguyên phân biệt theo thứ tự của
byte trọng số trong một từ được biểu diễn:
• Litte edian: byte trọng số nhỏ nhất đứng trước Æ thuận lợi cho phép cộng hoặc
trừ và
• Big endian: byte trọng số lớn nhất đứng trước Æ thuận lợi cho phép nhân hoặc
chia.
Ví dụ xét một số nhị phân 4‐byte
Theo qui ước biểu diễn litte edian thì thứ tự địa chỉ lưu trong bộ nhớ sẽ là: Địa chỉ cở sở + 0 = Byte 0 Địa chỉ cơ sở + 1 = Byte 1 Địa chỉ cơ sở + 2 = Byte 2 Địa chỉ cơ sở + 3 = Byte 3
Và theo qui ước biểu diễn số big edian sẽ là: Địa chỉ cở sở + 0 = Byte 3 Địa chỉ cơ sở + 1 = Byte 2 Địa chỉ cơ sở + 2 = Byte 1 Địa chỉ cơ sở + 3 = Byte 0
3.2.3 Số dấu phảy tĩnh
Chúng ta có thể sử dụng một ký hiệu dấu chấm ảo để biểu diễn một số thực. Dấu chấm ảo được sử dụng trong từ dữ liệu dùng để phân biệt và ngăn cách giữa phần biểu diễn
giá trị nguyên của dữ liệu và một phần lẻ thập phân. Ví dụ về một từ 8‐bit biểu diễn số
dấu phảy động được chỉ ra như trong Hình 3‐1. Với cách biểu diễn này, giá trị thực của
số được tính như sau:
4 3 2 1 0 1 2 3
4 3 2 1 0 1 2 3
4 3 2 1 0 1 2 3
2 2 2 2 2 2 2 2
0 2 1 2 0 2 1 2 1 2 1 2 0 2 1 2
8 2 1 1/ 2 1/ 8
11.625
N a a a a a a a a− − −− − −
− − −
= + + + + + + +
= ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅
= + + + +
=
Hình 3‐1: Định dạng biểu diễn số dấu phảy tĩnh 8 bit
Nhược điểm của phương pháp biểu diễn số dấu phảy tĩnh là vùng biểu diễn số nguyên
bị hạn chế bởi dấu phảy tĩnh được gán cố định. Điều này dễ xảy ra hiện tượng tràn số
khi thực hiện các phép nhân hai số lớn.
3.2.4 Số dấu phảy động
Phương pháp biểu diễn số chính xác và linh hoạt được sử dụng rộng rãi hiện nay là hệ
thống biểu diễn số dấu phảy động. Đây cũng là một phương pháp biểu diễn số khoa
học bao gồm 2 phần: phần biểu diễn lưu trữ số mantissa và một phần lưu trữ biểu diễn
số exponent. Ví dụ trong hệ cơ số thập phân, một số nguyên bằng 5 có thể được biểu
diễn hoặc là 10.5 10⋅ , 150 10−⋅ , hoặc 20.05 10⋅ , …Trong máy tính số hoặc hệ thống số nói
chung, các số dấu phảy động nhị phân thường được biểu diễn dạng 2EN M= ⋅ (1.2)
Trong đó, M là phần giá trị số mantissa, E là phần lũy thừa của số N. M thường là các
giá trị lẻ mà phần thập phân của nó thường nằm trong khoảng...