Ugradbeni računalni sustavi - riteh.uniri.hr · PDF fileUgradbeni računalni sustavi Lab. vježba 3: izvor signala za ispitivanje ultrazvučnih senzora Tekst zadatka Analiza problema:

Ugradbeni računalni sustavi

Lab. vježba 3:

izvor signala za

ispitivanje

ultrazvučnih senzora

Tekst zadatka

Analiza problema: odabir jedinice

Konfiguriranje CAPCOM6 jedinice

Generator sistemskog vremena

Analogno/digitalna pretvorba

Osnovna petlja programa

DAVE – konfiguracija projekta

1Dalibor Brnobid – Analiza 3. lab. vježbe, “Ugradbeni računalni sustavi”, TFRI 2010.

Za mikrokontroler na razvojnoj pločici EasyKit XC167CI

potrebno je napraviti program za provjeru rada

ultrazvučnog senzora za pozicioniranje mobilnog robota.

Ispitni sustav mora generirati dva pravokutna signala A i B

frekvencije 40 kHz. Fazno kašnjenje signala B za signalom

A kreće se u rasponu od 0% do 100% periode, a određuje

se potenciometrom spojenim na analogni ulaz.

Podatak o ispunjenosti signala se jednom na sekundu šalje

serijskim portom nadređenom sustavu.

Tekst zadatka 1/2


Za vremensko usklađeno djelovanje sustava (provjera

primitka poruke, generiranje 1 s, ....) potrebno je realizirati

prekidni potprogram koji će se pozivati svakih 10 ms.

Funkcionalnost za dodatne bodove:

Postupkom generiranja signala upravlja se naredbama

primljenim pomoću asinkronog serijskog porta 0.

Generiranje signala započinje se primitkom poruke

“START”, a zaustavlja primitkom poruke “STOP”. Primitak

znakova i obrada poruke izvodi se pomoću prekidnog

potprograma ili u petlji glavnog programa.

Tekst zadatka 2/2



Problem koji je potrebno riješiti u vježbe može se (mora!) podijeliti u nekoliko slojeva osnovnog zadatka:1. generiranje signala A frekvencije 40 kHz2. generiranje fazno zakašnjelog signala B 3. AD konverzija4. serijski primitak karaktera 5. analiza primljene poruke6. slanje poruke o ispunjenosti nadređenom sustavu

te jedan pomodni zadatak:7. generiranje sistemskog vremena

Analiza problema – odabir jedinice


Sistemska frekvencija sustava je 40 MHz.

Generiranje signala A i B pomodu prekidnih tehnika:• frekvencija prekidanja procesora 80 kHz (2x40 kHz)• prekid u prosjeku svakih 500 taktova sistemske

frekvencije• problem pri fazama blizu 0% i 100% - dolazi do

“preklapanja” prekida u vremenu• mogude izvesti, ali uz veliko zagušenje procesora



Umjesto toga:Generiranje signala A i B pomodu HW jedinica:• signal A

• može se vezati na overflow nekog timer-a• za 50% ispunjenost potrebna toggle

funkcionalnost • signal B

• mora se vezati na compare funkcionalnost pridruženu brojilu za generiranje signala A

• za 50% potrebna toggle funkcionalnost



Pitanje na koje treba dati dobar odgovorkoje brojilo odabrati?

spada u dizajn sustava, a ne u programiranje ispravnim odabirom može se značajno okakšati

rješavanje problema pogrešan odabir može blokirati projekt

Osnovno ishodište za razmatranje:• compare+toggle funkcionalnost na 2 izlaza• 40 MHz dijeli se na 40kHz:

• reload 1000 ukoliko se koristi fSYS

• reload 125 ukoliko se koristi fSYS/8



Dodatne karakteristike koje bi bilo dobro postidi:• generiranje faznog kašnjenja – najveda vrijednost:

• 10 bitovna ADC: 1023 • 8 bitovna ADC: 255

po mogudnosti odabrati takav reload da odgovara max. vrijednosti ADC-a ne treba raditi preračunavanja

odabrati timer koji pruža vedu slobodu (npr. broji samo do 1023 ili 255)

pokušati povezati pokretanje AD konverzije na timer



Metoda eliminacije (izabrati najmanje slabo rješenje)GPT1: brojila T2, T3 i T4+ fleksibilni (up/down, povezivanje)– nemaju compare, max. fSYS/4– toggle: prebačaj T3 samo na 1 pin (T3out)

GPT2: brojila T5 i T6+ malo manje fleksibilni– nemaju compare, max. fSYS/2– toggle: prebačaj T3 samo na 1 pin (T3out)

Mooožda(?) bi se nekako mogli uskladiti GPT1 i GPT2



CC0 i CC1: brojila T0/T1, T7/T8+ velika brzina (fSYS) u tzv. ne-koračajnom (non-staggered) modu+ 16 izlaza izlaza po jedinici– broje samo prema gore, prebačaj na 0xFFFF

• toggle funkcionalnost: Compare Mode 1• u jednom ciklusu se setira, u drugom resetira• frekvencija: 80 kHz, reload 500


(perif., 118)


CC0 i CC1: brojila T0/T1, T7/T8Dodatna funkcionalnost u compare načinudouble registar mode• dva CC registra (CC0-CC8, CC1-CC9,...) čine par koji

upravlja jednim izlazom• promjena stanja bita na svakom match događaju+ 2 promjene po periodi: ostaje frekvencija 40 kHz- otežano usklađivanje između dva porta double registar mode bi mogao uzrokovati

probleme pri pokretanju


(perif., 128)


CAPCOM6: brojila T12 (ch0-ch2), T13 (ch3)• tri kanala T12 brojila:

• generiranje trofaznog PWM• 3 odvojena para izlaza (6 izlaznih pinova)

• dodatni kanal na T13 – usklađen s radom T12 • maksimalna brzina rada T12,T13: fSYS

• dodatna interna veza T12, T13, ADC• mogude iskorisiti za automatsko pokretanje AD

pretvorbe bez aktivnog sudjelovanja jezgre



CAPCOM6: dodatni resursi na evaluacijskoj pločici


CAPCOM6 jedinica: najmanje loš (najbolji!) odabir

Konfiguriranje CAPCON6 jedinice


Pri radu s ugradbenim računalnim sustavima je

potrebno odgovoriti na 2 osnovna pitanja:

• na koji način riješiti problemski zadatak

– kako parametrizirati periferne jedinice

– kako napraviti programsku potporu koja de povezati i

nadopuniti sklopovske funkcije

• kako provjeriti da je rješenje ispravno

– još važnije za uspjeh projekta: kako provjeriti da je pojedini

korak u fazi razvoja ispravno napravljen



Osnovna struktura T12 dijela CAPCON6 jedinice



Korak 1:

generiranje

40 kHz

Pitanje za razvoj:

da li je mogude

značajno usporiti

rad sustava ?

(period 1-2s)



fCPU = fCC6 = fT12 = 40 MHz

normalni rad (@ 40 kHz) – reload 1000







Korak 2:

generiranje

fazno

pomaknutih

izlaznih

signala A i B



Generiranje

signala na izlazu:

• isključivo set/reset

• nema toggle moda

nije mogude dobiti 50% ispunjenost



Nema potrebe za centralno poravnatim načinom rada:

T12 radi u rubno poravnatom načinu rada

kanal 0: generiranje signala A

kanal 1: generiranje signala B

Pokušati postidi čim jednostavniji i kvalitetniji način

generiranja signala.



Shadow transfer zahtjev za T12



CCU6_T12PR =999za frekvenciju od 40 kHz

upisuje se također sa Shadow transfer zahtjevom ali se shadow registar nalazi na istoj adresi



U compare registre se ne može upisivati

Nego se upis nove vrijednosti radi u “shadow” registar.

U radni registar se kopira tijekom “shadow transfer” ciklusa



Određivanje načina rada pojedinih kanala T12



Postoji složeni upravljački mehanizam za kontrolu stanja izlaznog pina tzv. output modulation block

Određuje

prioritet

pristupa

pinu u

različitim

načinima

rada porta



Za pokretanje je potrebno povezati brojilo T12 i pinove CC61 i CC61



Na kraju: postavljanje registra za funckiju pinova

alternativna fja za

bitove 0 i 2:

DP1L: izlazni bit: 1

ALTSEL0P1L: 1

P1L: 1



Pitanje: kako provjeriti da je CAPCON6 jedinica ispravno

parametrizirana? Po mogudnosti bez dodatne opreme.

Odgovor: pri 40kHz teško. Ali:

• ukoliko se maksimalno uspori rad T12 brojila

• ukoliko se perioda T12 može postaviti na 5 s

• CC60R compare registar postavi na ekvivalent 1 s

• CC61R compare registar postavi na ekvivalent 3 s

moguće je provjeriti rad samo pomoću LED dioda!!!!



Prijedlog: “usporeno djelovanje” CAPCON6 jedinice

ostaviti dok se ne provjeri sva funkcionalnost vezana za

generiranje signala A i B.

Nastavak (u sklopu obrade AD konverzije): generiranje

faznog pomaka između signala A i B

Ozbiljniji program mora biti vremenski ograničen.

Primjer: primitak “START” poruke:

da bi poruka bila interpretirana kao cjelovita, pauza

između dva znaka ne smije biti dulja od 5 sekundi.

Za potrebe mjerenja vremena potrebno je realizirati

funkciju generatora sistemskog vremena.



Problem mjerenja vremena mogude je riješiti

sklopovski:

• sklopovljem sata/kalendara (RTC- real time clock)

• brojilima opde namjene (kaskada)

Češde se održavanje sistemskog vremena realizira s

ostalim tzv. “house keeping” zadadama i rješava

pomodu prekidnih podprograma.



Generator vremenskih (cikličkih) prekida:

• mora biti neovisan od rada programa koji izvršava jezgra -> mora biti skopovski realiziran

• realizacija: brojilo + izvor stalne frekvencije

• ukoliko se brojilo poveže na stabilan izvor takta poput generatora takta dobiva se sat, generator

takta, davatelj vremena, kronometar (timer)

• za smanjivanje frekvencije davatelja takta koristi se djelilo takta (prescaler)



Kako odabrati rezoluciju (tick) sistemskog vremena?

procjenom. Ne pretjerivati:

– ciklički prekidi frekvencije 10 kHz nemaju puno smisla

– to je ved “ozbiljna” frekvencija i trebalo bi razmisliti o

alternativnim rješenjima (korištenje PEC funkcionalnosti)

– context switching na visokim frekvencijama stvara veliko (i

nepotrebno) zagušenje jezgre

prema specifičnostima (zahtjevima) problema koji se

rješava



Često se koriste hibridna (sw+hw) rješenja s više nivoa.

Primjer:

• brojilo T0 broji sistemski takt frekvencije fSYS=40 MHz

• takt sistemskog brojila TSYS=25 ns

• max. perioda brojila TT0=65536/fSYS= 1,6384 ms

• za reload 25536 dobiva se prebačaj svakih

TT0=(65536- 25536) * TSYS= 40000*25 ns = 1 ms

• prebačaj -> prekidna funkcija 1000 puta na sekudnu



Prekidna funkcija vezana na prebačaj T0 mora biti:

• visokog prioriteta: da može prekinuti aktivne prekide

duljeg trajanja (nižeg prioriteta)

• kratkog trajanja: zbog velike učestalosti pozivanja

• jednostavna:

– brži contex switch

– bez korištenja ALU, DSP, ...

svodi se samo na inkrement, dekrement i provjeru...



...provjeru da li su se stekli uvjeti za pokretanje

složenijih i duljih cikličkih prekida nižih prioriteta

• 1 ms: održavanje sistemskog vremena (ms, s)

kritične vremenske akcije u programu

• 10 ms: manje kritične akcije koje se moraju učestalo

odvijati: očitanje tipkovnice, provjera korisnički

definiranih pauza (user delay counter) vede točnosti

• 1 s: neprioritetne akcije: baterija, dulje pauze,...



Ukoliko dizajn sklopovlja dobar, tj. ako su ulazni signali

dovedeni na prave pinove, mogude je vanjske događaje

mjeriti sa rezolucijom manjom od 1 ms:

• uvjet: signal doveden na CC ulaze koji se mogu

povezati na T0 – CC0..CC15

• nije potreban poseban prekid: u ms prekidu se

provjeri da li je došlo do capture funckije na portu

• paziti na neodređenost: kojoj ms pripada događaj



Za LV3 je potrebno odrediti brojilo za generiranje 10

ms prekida.

Odabrano brojilo mora imati:

• mogudnost generiranja prekida

• redukciju sistemskog takta djeliteljem 1:7 (ili više)

• ili redukciju pomodu kaskadne veze više brojila

• reload ili period funkciju – nužna za kaskadnu vezu



104,6225

ms102510

16

nsdiv nsTmsT SYSP

Odabir brojila nije kritičan

• tok signala – unutar uC

• rekonfiguracijom programa i sustava jednostavno je

zamijeniti brojilo koje generira prekid

• gotovo sva brojila imaju tražena svojstva

• odabrati slobodno brojilo jedinice koja se ved koristi:

– manja potrošnja sklopa

– jednostavniji rad (= manje dokumentacije za proučiti)



Logičan odabir: timer T13 u CAPCOM6 jedinici

• ulaz: sistemski takt

• preskaler: fCC6/8, TT13 = 25ns*8 = 0,2us

• način rada: edge aligned (jedini mogudi)

• period registar T13PR = 10ms/0,2 us -1 = 49999



nadopuniti

postavke registra

Prekidne funkcije:

• za postavljanje prioritet prekida, njegovo aktiviranje i

preged status koristi se kontrolni prekidni registar

• povezivanje prekida i potprograma: vektor prekida

• programiranje prekida: posebni tip funkcije u

programskom jeziku: ključna riječ _interrupt



Prekidni sustav porodice XC166:

• 15 nivoa prioriteta – 15 prekidnih grupa

• 8 nivoa prioriteta unutar iste grupe

• postoji 128 vektora u tabeli prekidnih vektora

• ukoliko više izvora prekida koristi jedan vektor,

registar periferne jedinice daje uzrok prekida

• izvori: periferni HW: interrupt controller- ITC, PE

SW: kritična greška, trap instrukcija, (NMI)



Prekidni registar (ili više njih)

• pridružen funkciji periferne jedinice

• dio prekidnog sustava jezgre

• za postavljanje prioritet prekida, njegovo aktiviranje i preged status koristi se prekidni registar XXXX_YIC

– XXXX: naziv jedinice (ASC0, GPT1, CC01,...)

– Y:dio funkcionalnosti jedinice koji generira prekid

• svi imaju isti format, neovisno o perifieriji na koju su povezani



Prekidni registar (ili više njih)

• pridružen funkciji periferne jedinice

• dio prekidnog sustava jezgre

• za postavljanje prioritet prekida, njegovo aktiviranje i preged status koristi se prekidni registar XXXX_YIC

– XXXX: naziv jedinice (ASC0, GPT1, CC01,...)

– Y:dio funkcionalnosti jedinice koji generira prekid

• svi imaju isti format, neovisno o perifieriji na koju su povezani







Trenutni

prioritet

jezgre:

PSW



Prekidna

svojstva

CAPCOM6

jedinice

složenija

od ostalih

4 moguda

vektora



T13PM periode match – status zahtjeva



zahtjev aktivan

postavljanje

zahtjeva (SW)

brisanje zahtjeva (SW)

T13PM periode match



omogudavanje prekidnog zahtjeva

odabir prekidnog vektora CAPCOM6



pripadni IC

registar

odabir prekidnog vektora CAPCOM6

default

(nakon reseta)



Pripadni prekidni vektor – dokumentacija jezgre

Veza između HW i SW: broj vektora 0x4E

U ITC potrebno omoguditi prekid CCU6_T13IC



Prekidni potprogram: void funkcija bez parametara

interrupt - posebna informacija prevoditelju

Primjer: prekidna funkcija završetka AD pretvorbe



broj vektora

ADCONV_RB – broj registarske banke za prekid.

• mora biti dodijeljen svakom nivou prekida (ILVL) koji se koristi u programu



Svrha _using(LEV1_RB) izraza:

• prilikom promjene konteksta (contex switch) radni registri (R0-R15) se ne pohranjuju na stog nego se mijenja pokazivač (CP) na novi blok registra globalne banke u DPRAM području



R0-R15 su radni registri i koriste se za privremene izračune i varijable tipa automatic.

• kada bi greškom dva prekida različitog prioriteta imala dodijeljenu istu registarsku banku, prekid višeg prioriteta mogao bi poremetiti stanje radnih registara za vrijeme trajanja prekida nižeg prioriteta

• prekidi istog prioriteta ne mogu se međusobno prekidati pa mogu koristiti istu registarsku banku

Napomena: u ASM je mogude koristiti radne registre za varijable tipa “static” u C uz korištenje samo jednog dijela registarske banke – još brže izvođenje programa.



Određivanje prioriteta: postavljanje bitova zapleteno

mogude greške prilikom dodjele prioriteta

ako dva prekida

imaju dodijeljen isti

prioritet i prioritet

unutar grupe –

ponašanje procesora

nije definirano

DAVE

prioritet: 10 grupa 0:



Primjer: prekid

T13 na PV match

Opis funkcije

tijelo prekidne funkcije _interrupt



RB_LEVEL10 je generička oznaka jer nije poznat prioritet prekida. Točnu RB određuje LINKER.

CCU6.C

CCU6.H



Ukoliko predni

vektor ima više

mogudih izvora

najprije se mora iz

pomodnog

prekidnog registra

utvrditi što je

uzrok prekida.

provjeri zastavicu uzroka

počisti zastavicu uzroka (shadow)

.... korisnički kod u funkciji



CCU6.LST:

1. podaci za linker

2. promjena konteksta

3. C kod funkcije



Vremenski kritični prekidi – čim brži/kradi

... Primjer:

dijeljenje int/int

HW funkcija

push/pop

aritmetičkih registara



Izlaz:

pop

Ulaz:

push MDH, MDL



Još brži rad: #pragma noframeNalaže se prevoditelju/linkeru da izostavi operaciju pohrane

samo za vrlo iskusne programere!

kod podložan greškama!

samo za izuzetno kritične sekcije

bug2 : nije pohranjen status MDH, MDL koji se mijenjaju u prekidu

bug1: kriva zamjena RB



...

Prijedlog

prekidne

funkcije za

LV3Održavanje registara sistemskog vremena nije traženo u vježbi

Analogno/digitalna pretvorba


Osnovna petlja programa


Potrebne funkcije:

• inicijalizacijski dio

• beskonačna petlja s ispisom trenutnog podatka o

faznom pomaku signala B

Za prekidnu funkciju:

• napisati funkciju za izračun compare vrijednosti

registra CC61 i za njeno postavljanje


DAVE – konfiguracija projekta

Documents

Ugradbeni računalni sustavi - riteh.uniri.hr · PDF fileUgradbeni računalni sustavi Lab. vježba 3: izvor signala za ispitivanje ultrazvučnih senzora Tekst zadatka Analiza problema: