Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý - Chương 7: Các bộ vi xử lý trên thực tế

 sử dụng PSoC Chuẩn bị IC Chương trình thiết kế: PSoC Designer Chương trình nạp và mạch nạp Các bước thiết kế PSoC sử dụng PSoC designer Thiết kế “cứng” Lựa chọn “linh kiện” để đưa vào các khốI số, tương tự Đưa các linh kiện vào các khốI và kết nốI Thiết lập các thông số Lập trình Kích hoạt các linh kiện: Component_Start() Viết các thuật toán sử dụng linh kiện Vòng lặp vô tận Một số linh kiện ADC (6-14 bit) DAC (6-9 bit) Khuếch đạI DTMF Bộ lọc (thông thấp, thông dảI) Bộ đếm, bộ định thờI (8-24 bit) Dồn kênh: số+tương tự Các linh kiện số: I2C, UART, giao tiếp LCD, mã CRC, mã giả ngẫu nhiên, giao tiếp chuẩn thu /phát hồng ngoại Chọn linh kiện Thiết kế Chân IC BUS Số Tương tự Thông số chung Thông số linh kiện Lập trình Quản lý theo dự án Chương 7: Các bộ vi xử lý trên thực tế General purpose microprocessors Intel 80x86 Xu hướng phát triển Microcontrollers Vi điều khiển của Motorola Họ vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển AVR PSOC Điều khiển trong công nghiệp PLC Xu hướng phát triển Digital signal processors Texas Instruments Motorola Philips Xu hướng phát triển PLC (Programmable Logic Controller) PLC = CPU + giao diện vào ra Đặc điểm của PLC: Giá thành hợp lý cho các ứng dụng điều khiển phức tạp Chịu được rung động, nhiệt, ẩm, tiếng ồn và có độ bền cao Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào và thiết bị ra Lập trình dễ dàng với ngôn ngữ lập trình đơn giản, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch PLC được dùng chủ yếu để điều khiển trong công nghiệp: Điều khiển băng chuyền Điều khiển thang máy Điều khiển máy tự động: máy khoan, máy sấy … Điều khiển đèn giao thông … Cấu trúc của hệ thống PLC 	PLC Bộ nhớ lưu trữ chương trình Tín hiệu vào Tín hiệu ra Giao diện vào Vi xử lý Giao diện ra Cấu trúc bên ngoài Chương 7: Các bộ vi xử lý trên thực tế General purpose microprocessors Intel 80x86 Xu hướng phát triển Microcontrollers Vi điều khiển của Motorola Họ vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển AVR PSOC Xu hướng phát triển Digital signal processors Texas Instruments Motorola Philips Xu hướng phát triển Trends for microcontrollers Standard CPU core surrounded by peripherals taken from a vast library Single architecture line is whole family different memory & on-chip peripherals for embedded applications Deterministic behavior no caches, no virtual memory, but on-chip RAM no out-of-order execution delayed branch prediction Trends for microcontrollers Word length as small as possible 4 bit: 2% 8 bit: 36% 16 bit: 25% 32 bit: 34% 64 bit: 3% Not pushing the limits of performance for cost reasons Chương 7: Các bộ vi xử lý trên thực tế General purpose microprocessors Intel 80x86 Xu hướng phát triển Microcontrollers Vi điều khiển của Motorola Họ vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển AVR PSOC Xu hướng phát triển Digital signal processors Texas Instruments Motorola Philips Xu hướng phát triển Texas Instruments TMS320C20xLow end consumer Fixed Point Series continued; typical app.: Digital camera, feature-phones, disk drives, Point-of-Sales Terminal 40 MHz, 3.3-5V, 3LM Available as core Selection of peripherals: serial comm., timers,... Loop controller Texas Instruments TMS320C24xLow end consumer Fixed Point Series continued; typical app.: electrical motor control 50 MHz, 5V Selection of peripherals: serial comm., timers,... Loop controller Texas Instruments TMS320C3xFloating Point Series discontinued; typical app.: speech, audio 60 MHz, 3.3-5V, 144 pin Super scalar Loop controller Selection of peripherals: serial comm., timers, DMA, ... Texas Instruments TMS320C4xFloating Point Message Passing Series discontinued; typical app.: prototyping, radar 60 MHz, 5V, 325 pin Super scalar; message passing multiprocessor Loop controller Serial link, timers Texas Instruments TMS320C54xxHigh end consumer Fixed Point Series continued; typical app.: GSM, set-top box, audio 1.8-5V, max. 160 MHz, 144 pin, .15mm (1999), 0.32mW/MIPS for the core Specialized on-chip unit: will occur more often in future e.g. C5420: dual core + 2x100 MW on-chip SRAMe.g. C5402: 5$ for 100 MIPS Loop controller Buffered serial links, timers, ... 6 channel DMA controller Texas Instruments TMS320C5510High end consumer Fixed Point Series continued; typical app.: UMTS handheld 1.6V, 200 MHz, .15mm (2000), 400 MIPS,0.05mW/MIPS (core), power management per unit and per cycle Specialized on-chip unit: will occur more often in future Power Mgment Buffered serial links, timers, ... 6 channel DMA controller Fixed ALU 32+32->40 Fixed Add 32+32->40 Fixed multiply 17x17->34 Viterbi PROM 32 KByte Dual access XRAM (256 Kbyte) YRAM (64 Kbyte) address data 32 24 address data 16 16 ACU ACU I/O Fixed multiply 17x17->34 P-cache 24 KByte Texas Instruments TMS320C8xFixed Point Video Series discontinued; typical app.: video phone, video conferencing, multimedia workstations Introduced: 1995, 50 MHz, 305 pin Multiprocessor-on-a-chip; sub-word SIMD for each DSP Texas Instruments TMS320C6201High end Fixed Point Series continued; typical app.: modems, multimedia 1997, 0.25 mm, 5ML, 352 pin, 200 MHz, 2.5V, 1.9W, $85 Super scalar (8 Instr./cycle), 1600 MIPS VLIW: 256 bit instruction word Texas Instruments TMS320C6202High end Fixed Point Series continued; typical app.: modems, multimedia 1999, 0.18 mm, 5ML, 352 pin, 250 MHz, 1.8V, 1.9W, $130 Super scalar (8 Instr./cycle), 2000 MIPS, scales well till 700 MHz (6000 MIPS) Optimum choice when all data fits in on-chip memory Texas Instruments TMS320C6203High end Fixed Point Series continued; typical app.: base stations 2000, 0.15 mm, 5ML, 18 mm2 package size, 300 MHz, 1.5V, 1.5W Super scalar (8 Instr./cycle), 2400 MIPS Optimum choice when all data fits in on-chip memory Texas Instruments TMS320C6211High end Fixed Point Series continued; typical app.: modems, multimedia 1999, 0.18 mm, 5ML, 256 pin, 150 MHz, 1.8V, 1.5W, $25 VLIW, 1.2 GIPS; cheap (25$ in ‘99, 5$ in ‘01) Optimum for random access to large memory space 80% of performance of C6x with infinite on-chip memory Texas Instruments TMS320C6416 High end Fixed Point Samples June 2001, 0.12 mm, 6 LM, 532 pin, 400 MHz-600 MHz, 1.2V, starts at 95$ in volume Super scalar (8 Instr./cycle), 3200-4800 MIPS Sub-word (8bit or 16bit) parallelism Specialized instr.: Galois Field Mult, bit manipulation fixed MUL 16x16->32 fixed MUL 16x16->32 fixed ALU 32+32->40 fixed ALU 32+32->40 fixed ALU/branch 32+32->40 fixed ALU/branch 32+32->40 integer ACU 32+32 integer ACU 32+32 JTAG / clock pump 64 channel DMA 3 Serial ports 3 Timers 16 Kbyte L1P direct mapped 16 Kbyte L1D 2way dual access 1 Mbyte RAM/L2 4way Dual EMIF & HPI & PCI & Utopia data address 30 64 External memory data address 30 16 Texas Instruments TMS320C6701High end Floating Point Series continued; typical app.: video compression Introduced: 1998, 0.18 mm, 5ML, 352 pin, 167 MHz, 1.8V Super scalar (8 Instr./cycle); VLIW; 1 GFLOP Foreseen for ‘00: 50$ (cf. C6211) & 3 GFLOP (cf. C6202) Texas Instruments TMS320C6711High end Floating Point Series continued; typical app.: video compression 2000, 0.18 mm, 5ML, 256 pin, 100 MHz, 1.8V, 2W, $20 VLIW, 600 MFlops Optimum for random access to large memory space 80% of performance of C6x with infinite on-chip memory Texas Instruments TMS320C541 (1995) Texas Instruments TMS320C545 (1995) Texas Instruments TMS320C80 (1994) Chương 7: Các bộ vi xử lý trên thực tế General purpose microprocessors Intel 80x86 Xu hướng phát triển Microcontrollers Vi điều khiển của Motorola Họ vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển AVR PSOC Xu hướng phát triển Digital signal processors Texas Instruments Motorola Philips Xu hướng phát triển Motorola MC56xxxAudio Fixed Point 24 bit for audio: 16 bit data + overflow Loop controller Selection of peripherals: ADC, DAC, comm., timers, PIO, ... Motorola MC56002 Motorola MC56166 Chương 7: Các bộ vi xử lý trên thực tế General purpose microprocessors Intel 80x86 Xu hướng phát triển Microcontrollers Vi điều khiển của Motorola Họ vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển AVR PSOC Xu hướng phát triển Digital signal processors Texas Instruments Motorola Philips Xu hướng phát triển Philips VSP-1Fixed Point Video 12 bit for video: 8 bit data + overflow Clock Frequency: 27 MHz 1 instruction per sample period for HDTV,2 instructions per sample period for TV Philips VSP-1Fixed Point Video Outputs Inputs Philips VSP-1Fixed Point Video 206K Transistors 1.1W dissipation 27 MHz clock 176 pin Introduced in 1991 Philips VSP-2Fixed Point Video 12 bit for video: 8 bit data + overflow Clock Frequency: 54 MHz 2 instructions per sample period for HDTV,4 instructions per sample period for TV Philips VSP-2Fixed Point Video 1.15 M Transistors 5W dissipation 54 MHz clock frequency 208 pin Introduced in 1994 Sony Graphics Engine Playstation 3 Status: prototype in 2001 287.5 MTOR 256 Mbit on-chip embedded DRAM 2000-bit wide internal bus 462 mm2 180 nm CMOS Chương 7: Các bộ vi xử lý trên thực tế General purpose microprocessors Intel 80x86 Xu hướng phát triển Microcontrollers Vi điều khiển của Motorola Họ vi điều khiển 8051 Họ vi điều khiển AVR PSOC Xu hướng phát triển Digital signal processors Texas Instruments Motorola Philips Xu hướng phát triển Trends for DSP processors No new generations that replace old generations, but multiple co-existing architecture lines Word length application dependent Automotive: 16-bit fixed point (e.g. C2x) Speech: 32-bit floating point (e.g. C30) Audio: 24-bit fixed point (e.g. MC56K) Telecommunications: 16-32 bit fixed point (e.g. C5x, C6x) Video: 12-32 bit fixed point (e.g. C8x) Single architecture line is whole family different memory & on-chip peripherals for embedded applications (cf. microcontrollers) Trends for DSP processors Deterministic behavior no caches, no virtual memory, but on-chip RAM banks no out-of-order execution delayed branch prediction Increasing address space: 12 -> 32 Multiple functions on single chip: CPU, FPU, multiple RAM banks, ACUs, loop controller, ADC, DAC, PWM, serial interfaces, … Often provisions for parallel processing