Gradniki sistemov procesnega vodenja

1
(No Transcript)
2
Cilj predmeta

• Spoznati osnove delovanja in uporabe
• mikrokrmilniških vgradnih sistemov
• na primeru HCS12 in deloma AVR
• Spoznati nekatera osnovna nacela
• naprednejših mikroprocesorskih sistemov
• z arhitekturnega stališca

3
Vgradni sistemi
Vgradni sistemi (pogosto vgrajeni sistemi),
(angl. Embedded Systems) Sistemi (deli sistemov,
naprav, komponent) temeljeci na racunalniških
tehnologijah, ki navzven niso videti kot
racunalnik.
Stanley, Stanford University zmagovalec DARPA
Grand Challenge 2005 Predelan Volkswagen (drive
by wire), Opremljen z raznimi senzorji GPS,
pospeškometer, giroskop, odometer, LIDAR,
kamere 6 Intel 1,6 GHz Pentium, Linux Vir
Wikipedia
4
Mikrokrmilniki
Mikrokrmilniki vse zmogljivejši visoko
integrirani, samostojno delujoci
mikroracunalniški sistemi (mikro)procesor,
pomnilnik, v/i vmesniki in krmilniki.
5
Mikroprocesorji
Napredni mikroprocesorji ali kar procesorji, vse
hitrejše, zmoglivejše CPE racunalnikov.
6
Primeri
Inteligentne kamere, hišna, industrijska
avtomatizacija, avtomobilska elektronika,
medicinska elektronika, robotika, komunikacije,
7
Iz vsebine

1. Uvod
2. Zgradba in delovanje racunalnika
3. Mikrokrmilnik HCS12 zgradba, CPE
4. Mikrokrmilnik HCS12 zbirni jezik
5. HCS12 Sklad, podprogrami, prekinitve, V/I
6. HCS12 SCI - serijski komunikacijski vmesnik
7. HCS12 Casovnik, A/D pretvornik, CAN
8. HCS12 Programski jezik C
9. Mikrokrmilnik AT90S8515 AVR RISC procesor
10. AT90S8515

8
Iz vsebine

• Navidezni pomnilnik
• Predpomnilnik
• Cevovodi
• Prekinitveni sistemi, obdelava izjem
• Realni cas, OS, ...
• Izpit pisni (praksa) ustni (teorija)
• Predpogoj opravljene lab. vaje (HCS12)
• Ali namesto pisnega izpita
• doma Atmel AVR (STK, ICE, AvrStudio)
• ali poljuben mikrokrmilnik

9
Literatura

• Študijsko gradivo, na domaci strani predmeta
• http//vision.fe.uni-lj/classes/GSPV
• Knjige veliko tujih in nekaj domacih
• (bomo navedli ob primernem casu)
• Dokumentacija proizvajalcev
• http//www.freescale.com
• http//www.atmel.com
• Drugi viri na spletu

10
Uvod nekaj iz zgodovine

• Obdobje mehanike
• 17. 18. Stoletje
• Obdobje elektromehanike
• Konec 19., zacetek 20. Stoletja
• Obdobje elektronike
• 20. stoletje -gt

11
Uvod obdobje mehanike

• Stroji, ki znajo nekatere osnovne racunske
• operacije, z malo ali nic možnosti za
• programiranje, t.i. kalkulatorji
• Wilchelm Schickard (1592-1635) (,-,)
• Blaise Pascal (1623 1662) (,-)
• Gotfried Leibniz (1646-1716) (,-,,/)
• Charles Babbage (1792-1871)
• Diferencni stroj (1823) avtomatsko izvajanje
  zaporedja operacij
• Analiticni stroj (1834) možnost krmiljenja
  zaporedja operacij

12
Uvod obdobje mehanike
Analiticni stroj delovanje vodi program,
predviden za reševanje splošnih problemov,
krmiljenje zaporedja operacij
13
Uvodobdobje elektromehanike

• To je obdobje relejev in motorjev
• Herman Hollerith (1860 1929)
• števne, sortirne in tabelirne naprave
• na osnovi luknjanih kartic
• 1924 IBM
• Konrad Zuse (1910 1995) Z1, Z2, Z3,
• Prvi uporabi binarno predstavitev in aritmetiko
  s plavajoco vejico
• Z3 1941
• prvi programljiv racunalnik za splošne namene

14
Uvodobdobje elektromehanike
Z3 2600 telefonskih relejev
Ni obvladal programskih skokov
15
Uvodobdobje elektromehanike
Howard Aiken (1900 1973) na Harvardu MARK I,
1939-43 podpora IBM (Thomas Watson)
15 m dolg, 2 m visok in širok, desetiški sistem,
ni poznal pogojnih skokov, v uporabi do 1959
16
Uvod obdobje elektronike
ENIAC 1946 John Mauchly, Presper Eckert, John
von Neumann - svetovalec, Moore School of EE, Penn
Prvi elektronski racunalnik za splošne namene,
18000 elektronk, 200 kW, 300 t, 5000 -/s, 6000
stikal za programiranje. Prvic se uporabi izraz
programiranje.
17
Uvod obdobje elektronike
EDVAC 1951, John von Neumann, Princeton
University racunalnik s shranjenim
programom 1024 x 16 bitnih besed ni imel
programskega števca ni imel programsko dostopnih
registrov dostop do ukazov in podatkov je
hiter možnost krmiljenja programa
(skoki) enotno obravnavanje programov in
podatkov EDSAC 1949, Maurice Wilkes
18
Uvod obdobje elektronike
IAS racunalnik 1952, John von Neumann Institute
for Advanced Study, Princeton University 4096 x
40 bitnih besed ena beseda dva ukaza prvic je
uporabljen programski števec procesna enota vec
hitrih registrov, od tega dva programsko
dostopna registra EDVAC, EDSAC, IAS predhodniki
vseh današnjih racunalnikov za splošne namene
19
Uvodvon Neumannov racunalnik
Racunalniki zgrajeni po zamisli von
Neumanna CPE centralna procesna enota,
procesor Kontrolna enota (KE) Aritmeticno
logicna enota (ALE) Registri Pomnilnik za
ukaze in podatke (operande) V/I enote Sistem
povezav oziroma vodil
20
Uvod-von Neumannov racunalnik

• Danes je izraz von Neumannov tip racunalnika (von
  Neumannova arhitektura) sinonim za sekvencni
  racunalnik (SISD)
• delovanje vodi (popolnoma doloca) program
• zaporedno izvajanje ukazov (ali pa je vsaj videti
  tako)
• glavni pomnilnik vsebuje ukaze in podatke
• obstaja ena pot med CPE in pomnilnikom (ali pa je
  vsaj videti tako)
• SISD Single Instruction Single Data stream

21
Uvodsekvencni/vzporedni rac.

• SISD Single Instruction Single Data stream
• SIMD Single Instruction Multiple Data stream
• MISD Multiple instruction Single Data stream
• MIMD Multiple Instruction Multiple Data stream

SISD
SIMD
MISD
MIMD
I
I
I
I
P
...
P
P
P
D
D
M
M
Sekvencni racunalnik
Vzporedni racunalniki
22
Uvod-Harvardski/Princetonski

• Harvardski tip racunalnika (Harvardska
  arhitektura)

Locena pomnilnika za ukaze in podatke
Ukazi
CPE
Podatki

• Princetonski tip racunalnika (Princetonska
  arhitektura)

Skupen pomnilnik za ukaze in podatke
Ukazi in podatki
CPE
23
Uvod-Harvardski/Princetonski

• Današnji harvardski racunalnik najveckrat nima
  locenega pomnilnika, locene so samo prenosne poti
  (vodila)

U
U ukazi P - podatki
P

• Zmogljivejši racunalniki (procesorji) so
  navznoter harvardski, navzven pa princetonski

U ukazi P - podatki
U
Ukazi in podatki
CPE
P
24
Uvod - skupno/loceno vodilo

• Racunalnik z locenim V/I vodilom

• Racunalniki s skupnim vodilom

25
Uvod-Skupno/loceno vodilo

• Pomnilniško preslikan V/I CPE obravnava V/I
• enote enako kot pomnilnik

• Locen V/I skupne prenosne poti (naslovno,
• podatkovno vodilo), loceni kontrolni signali
  (beri/piši)

26
Uvod - arhitektura

• Arhitektura racunalnikov
• zgradba in delovanje racunalnika, neodvisno od
  njegove izvedbe
• Enostavno receno izgled racunalnika, kot ga
  vidi programer v zbrinem jeziku programski model
  procesorja, ukazi, nacini naslavljanja, sistem
  prekinitev, V/I prenosi, ...
• Organizacija racunalnikov komponente in sestavi,
  s katerimi je ralizirana arhitektura
• Izraz organizacija se opušca. Danes se pretežno
  uporablja izraz arhitektura sestavnih delov, na
  primer
• arhitektura mikroprocesorjev, arhitektura
  mikrokrmilnikov, pomnilnikov, ipd.

27
Uvod tehnološki razvoj

• Dve smeri tehnološkega razvoja zadnjih 50 let
• Snovanje vse zmogljivejših arhitektur
• Vecanje hitrosti procesorja
• Vecanje velikosti pomnilnika
• Vecanje pretocnosti racunalnika
• Vecanje stopnje integriranosti
• Združitev procesorja in razlicnih tipov
  pomnilnika
• Dodajanje razlicnih V/I vmesnikov in V/I
  krmilnikov
• CPE pomnilnik V/I mikrokrmilnik
• Mikrokrmilnik -gt vgradni (vgrajeni) sistemi
• Racunalnik v napravi, ki ni videti tako

28
Uvod - mikroprocesor

• Pojav mikroprocesorja
• 1971 Marcian E. (Ted) Hoff, Intel, 4004 4-bitni
  mikroprocesor - Microcontroller on a chip
• 1973 Masatoshi Šima, Intel 8080, 8-bitni
  mikroprocesor, prvi v Intelovi 8-bitni družini in
  predhodnik (skoraj) vseh Intelovih vecbitnih
  družin
• 1974 Motorola MC6800, 8-bitni mikroprocesor,
  prvi v Motorolini 8-bitni družini in predhodnik
  (skoraj) vseh Motorolinih vecbitnih družin
• 1976 Intel 8048, prvi mikrokrmilnik
• 1981 osebni racunalnik
• ?

29
Uvod - povzetek

• Arhitektura racunalnikov
• Von Neumannova tip racunalnika (arhitektura)
• Princetonski tip racunalnika
• Harvardski tip racunalnika
• Mikrokrmilnik
• Vgradni (vgrajeni) sistemi