Embedded Controllers › MikroprocesorovaTechnika › ...21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 2 Úvod...

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 1

ColdFire®

Embedded Controllers

Ing. Michal VarcholaMiso.Varchola@tuke.sk

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 2

Úvod

Motorola → Freescale SemiconductorFreescale Semiconductor:

8, 16, 32 bit MCU & MPUDigitálne Signálové Procesoryanalógové, mixed-signal a power-management čipyPlatformy pre mobilné telefóny Senzory (akcelerácia, tlak, dym... )Rádiofrekvenčné čipy a polovodiče (433, 868, 915MHz, ZigBee, DVB)Pamäte (beznapäťové RAM)Vývojové nástroje

ColdFire:32 bit MCU / MPU10 – 600 MIPS$5 – $40

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 3

Agenda

Aplikácie Freescale polovodičov a ColdFireMCU / MPU v praxiVerzie a architektúra ColdFireVývojové nástrojeUkážky praktickej realizácie vybraných

elektronických zariadení s ColdFireDemonštrácia realizácie jednoduchých

projektov s ColdFire

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 4

Aplikácie Freescale polovodičov a ColdFire MCU / MPU v praxi

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 5

BMW X5

Automatická adaptácia automobilu nerovnostiam terénu.Meranie zrýchlenia, rýchlosti, uhlaotočenia…Informácie sú spracovávané MCU / MPU a prostredníctvom zbernice FlexRayTM distribuované k akčným členom ako tlmenie a riadenie.FlexRayTM zbernica je zameranána použitie v automobilovom priemysle a bola vyvinutá firmami: Motorola (Freescale), Philips, BMW a DaimlerChrysler.

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 6

CRESTRON → riadiace systémy pre automatizáciu budovRiadiaci systém CRESTRON je založený na rozhraní ETHERNET CRESTRON využíva aj ColdFireprocesory (podľa www.freescale.com)Na báze riadiaceho systému CRESTRON bol realizovaný prvý inteligentný dom na Slovensku Švajčiarskou spoločnosťou BASYSBASYS sa zaoberá distribúciou špičkovej spotrebnej elektroniky (Loewe, Bose, Pioneer...)PIONEER tiež využíva čipy Freescale

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 7

Ďalší výrobcovia

Whirlpool, ElectroluxUžívateľské rozhranie a sofistikované riadenie pre efektívne využitie vody a energie,8bit MCU MC908AX.

Dolby LaboratoriesSymphony™ DSP & Digital Amplifier .

Magneti MarelliElektronické systémy pre automobilový priemysel(Maserati, F1, Francúzke automobilky...)

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 8

Verzie a architektúry jadier ColdFire®

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 9

V r.1994 bolo jadro ColdFire(V2) pridané k legendárnemu„68K“portfóliu 32bit MPU vyrábanýchMotorolou (20ročná história) Variabilná dĺžka inštrukčného slova: 16/32/48 bitov (lepšie využitie programovejpamäte)Verzie jadier: V1, V2, V3, V4, V5Výkon až do 600MIPS

ColdFire V-CORES

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 10

Freescale Controller Continuum

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 11

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 12

Prehľad výkonov a cien pre CF V1 - V5

V1V2V3V4V5

Clock MIPS Unit Price50 Mhz

159

240 Mhz

266 Mhz

366 Mhz

166 Mhz

211

410

6 ~ 25 USD

15 ~ 25 USD

25 ~ 40 USD

670

47

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 13

Bloková schéma ColdFire V1

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 14

Procesorové jadro ColdFire V1

Inštrukčná sadaZjednodušená verzia jadra ColdFire V2Voliteľné inštrukcie MAC/EMAC (pre dsp) a DIV (delenie)Vylepšené zaobchádzanie s 8 bit a 16 bit operandamiKompatibilita s inštrukciami verzií CF V2 – V4

Vplyv architektúry verzie V2: Dvojúrovňové zreťazenie výberu inštrukcieDvojúrovňové zreťazenie vykonania inštrukcieÚzko späté 32 bitové lokálne pamäte8 bitová zbernica pre S08 periférieRovnaký programovací model ako pri V2 – V4 jadráchPlnohodnotne podporuje ColdFire kompilátor

Interfejs pre ladenie:Kompatibilný s jedno-pinovým BDM S08 interfejsom

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 15

Kompatibilita jadier S08 & ColdFire V1v produktovej rade Flexis

GPIO

USB

Flash

RAM

ADC

SCI

32 bitCORE

8 bit

CORE

8 bit ? 32 bit

CAN LCD

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 16

Col

dFire

V2

MC

F522

35B

loko

vásc

hém

a

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 17

Procesorové jadro ColdFire V2RISC s premennou dĺžkou inšt. slovaDve nezávislé zreťazenia:

Dvojúrovňové zreťazenie výberu inštrukcie (IFP)Dvojúrovňové zreťazenie vykonania inštrukcie (OEP)Oba zreťazenia sú oddelené pomocou FIFO inštrukčnej medzipamäte (InstrBuffer)

16 užívateľských 32 bitových registrov pre všeob. použitie4GB voľne adresovateľného priestoruZvýšenie rýchlosti výkonu programu pri zmene toku programu vďaka vylepšenému mechanizmu akcelerácie pri vetvení programuEnhanced multiply-accumulate EMACPodpora ladenia cez BDM, JTAG

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 18

HW akcelerátory procesoru MCF52235

Enhanced Multiply-Accumulate Unit (EMAC)Násobenie celých čisel s a bez znamienka (signed & unsigned)Podporuje aj zlomkový formátNásobenie 32 x 32 bitov48 bitový výstupný register pre uchovanie 40 bitového súčinu s 8 bitovým rozšírením pre zvýšenie dynamického rozsahu pri DSP algoritmoch

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 19

HW akcelerátory procesoru MCF52235

Cryptographic Acceleration UnitBlokové šifry DES, 3DES, AESHešovacie funkcie MD5, SHA-1

Random Number Generator Accelerator (RNGA)

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 20

Clock Module procesoru MCF52235

Popis základných funkciíGenerovanie taktu pre CPU a periférieObvody pre pripojenie kryštáluMožnosť pripojenia externého zdroju taktovacej frekvenciePodporuje kryštály do 25MHz a taktovaciu frekvenciu jadra do 60MHzNásobenie frekvencie realizované pomocou PLL (v rozsahu 4x –18x)Delička frekvencie Reduced frequency divider (RFD)

Distribúcia hodín v rôznych režimoch spánku:Run → hodiny pre jadro aj pre periférieWait → hodiny iba pre periférieDoze → hodiny iba pre periférieStop → hodiny sú vypnuté aj pre jadro aj pre periférieHalted → zastavenie jadra

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 21

Periférie procesoru MCF52235GPIO → General Purpose I/O ModuleEPORT → Edge Port ModuleFEC → Fast Ethernet ControllerEPHY → Ethernet Physical TransceiverPIT → Programable Interrupt Timer ModulesGTP → General Purpose Timer ModuleDTIM → DMA TimersQSPI → Queued Serial Peripherial InterfaceUART → Universal Asynchronous Receiver / TransmittersI2C → I2C interfaceADC → Analog-to-Digital ConverterPWM → Pulse-Width Modulation ModuleFlexCAN → Controller Area NetworkDMA → Direct Memory Access controller module

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 22

Procesorové jadro ColdFire V3

Oproti verzii V2 pridáva:Predikciu vetvenia (Branch prediction)Možnosť pracovať na vyšších frekvenciách300% výkonu V2Vysoký stupeň DPS funkcionality vďaka eMACTakisto dostupný akcelerátor pre kryptografiuVysoký matematický výkon pre DSP

Nasadenie V3 v praxi:High – End ovládacie panelySet-top boxyRoutreDigital Video rekordéryTlačiarne

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 23

Bloková schéma MCF532x

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 24

Procesorové jadro ColdFire V4Vlastnosti:

Harwardská organizácia pamäteČiastočne superskalárnyFloating Point Unit (FPU) – koprocesor pre výpočty s plávajúcou desatinnou čiarkouMemory Management Unit (MMU)Vysoký stupeň DPS funkcionality vďaka eMACDostupný akcelerátor pre kryptografiuVysoký matematický výkon pre DSP1,4 MIPS / 1 MHz

Nasadenie V4 v praxi:Priemyslená automatizáciaSet-top boxyDigital Video rekordéryInternet TVHome media Gateway

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 25

Bloková schéma MCF547x

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 26

Vývojové nástroje pre ColdFire

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 27

CodeWarrior

CodeWarrior for Microcontrollers V6.0:8 bit: RS08, S08, HC08, HCS08, 16 bit: S12, HC16, 32 bit: ColdFire V1.

CodeWarrior for ColdFire V6.4:ColdFire V2, V3, V4e,V decembri 2007 bude k dispozícii verzia 7.

Črty prostredia budú ukázané pri praktickej demonštrácií

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 28

Ukážky praktickej realizácie vybraných elektronických

zariadení s ColdFire

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 29

MCF5249 – Audio Media Player

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 30

MCF532x – Point-of-Sale (POS) Terminal

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 31

MCF547x - Home Entertainment Gateway

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 32

Demonštrácia realizácie jednoduchých projektov s

ColdFire V2

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 33

DOSKA M52233DEMO

Backgroung Debug ModuleRS232Ethernet2x tlačidloReset tlačidloAkcelometer4x LEDOdporový trimerRozširovací konektor

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 34

Kde získať ďalšie informácie?

www.freescale.comwww.kemt.fei.tuke.sk

21.11.2007 TUKE FEI KEMT 2007 35

Ďakujem za pozornosť

Otázky?