Folien Kapitel 2, Teil 32.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5.1 Prozessorkerne
Benötigen wenig Fläche
Im Low-Cost-Bereich oft einfache 8-Bit-Kerne ohne Pipeline
=> einfacher Aufbau
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Ausführungszeit pro Schleifendurchlauf: 16 / 10 MHz = 1,6 (sec
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Je komplexer ein Prozessorkern, desto schwerer wird die Vorhersage des Zeitverhaltens
Pipeline => Pipeline-Konflikte
Aufwändige Analysen sind erforderlich (und nicht immer möglich)
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
predict taken
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
LD A,(2000)
INC B
SUB A,B
JZ 10000
1+4
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
BBBBBBBB
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
• längere Befehlscodes für seltene Befehle
Besonders bei einfachen Mikrocontrollern ist Speicher meist eine knappe Ressource und muss optimal genutzt werden
Der Prozessorkern kann dies durch die genannten Maßnahmen unterstützen
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5.2 Ein-/Ausgabeeinheiten
analog/digital
seriell/parallel
Übertragungsraten
Übertragungsformate
Übertragungsaufwand
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Speicher- und EA-Adressraum
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
schmälere Ein-/Ausgabeadressen
benutzt werden
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Von Seiten der EA-Einheit:
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Programm
Programmschleife:
zur Freigabe
Datenübertragung durchführen
zur Freigabe
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Ein-/Ausgaberichtung
Übertragungsgeschwindigkeit
=> meist teilen sich die parallelen EA-Einheiten eines
Mikrocontrollers die Anschlüsse mit anderen Komponenten
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
CS OE
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
CS OE
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
OE DIR
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Wichtige Begriffe:
Schrittgeschwindigkeit (Schritttakt)
Übertragungsgeschwindigkeit
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Asynchrone Übertragung
0
1
2
n-2
n-1
P
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Sende und Empfangstakt dürfen sich um maximal 1/2
Tarktperiode pro Zeichen verschieben
Schrittgeschwindigkeit (z.B. 4800, 9600, 19200, ... Baud)
Anzahl der Datenbits pro Zeichen (5 – 8)
Parität (gerade oder ungerade)
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Synchrone Übertragung
SYNC
SYNC
STX
Daten
Daten
ETX
BCC
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Flag
Adresse
Steuerfeld
FCS
Flag
Daten
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Partner
1
Sendeleitung
Empfangsleitung
Partner
2
Empfangsleitung
Sendeleitung
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Andere serielle Busse: RS485, USB, ...
serieller Sende-/Empfangs-Bus
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Serielle Datencodierungen
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Einfach, leichter Verlust der Taktsynchronität bei
aufeinanderfolgenden Einsen oder Nullen
FM (Frequency Modulation)
0 1 0 1 1 1 0 0 Daten
1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 FM
T D T D T D T D T D T D T D T D
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
eines Taktbits.
Taktbit nur, wenn aktuelles und voriges Datenbit beide nicht 1
0 1 0 1 1 1 0 0 Daten
0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 MFM
T D T D T D T D T D T D T D T D
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Manchester Biphase
Signalpegel wechselt grundsätzlich bei jeder Taktflanke
Stimmt der resultierende Wert nicht mit dem Bitwert überein:
=> zweiter Wechsel
0 1 0 1 1 1 0 0 Daten
0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 Manch.
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
zur Verarbeitung durch den Prozessorkern müssen analoge in digitale Signale gewandelt werden
RW
vom/zum
Prozessorkern
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
=> ULSB = 1,221 mV
Auflösung (n Bit)
Spannungsbereich (Umin - Umax)
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Funktion des Wandlers:
Ik = z3 (Uref / 2R) + z2 (Uref / 4R) + z1 (Uref / 8R) + z0 (Uref / 16R)
Für den Operationsverstärker gilt näherungsweise:
U = -R Ik
Daraus folgt:
U = - (z3 (Uref / 2) + z2 (Uref / 4) + z1 (Uref / 8) + z0 (Uref / 16))
= - (z3 23 + z2 22 + z121 + z020) Uref / 24
= - Z Uref / 24
Goethe-Universität Frankfurt am Main – Lehrstuhl für Eingebettete Systeme - Prof. Dr. U. Brinkschulte
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Statische Wandlungsfehler:
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Vollausschlagfehler durch Multiplikation mit einer Konstanten
behebbar
Auflösung
Eingangswertes
Widerstandstoleranzen: Ik(0111) > Ik(1000)
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Dynamische Fehler:
0111 1111 1000
+
-
+
-
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
+
-
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Statische Fehler:
stufenlosen Analogsignal
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Rauschamplitude:
Beispiele: 8 Bit Auflösung 49.8dB
12 Bit Auflösung 73.8dB
16 Bit Auflösung 97.8dB
2.5. Mikrocontroller-Komponenten
Dynamische Fehler
Wandlungszeit
empfindlichen niederwertigen Bits zuletzt gewandelt werden
Eine Schwankung um mehr als 1/2 ULSB macht bereits das
niederwertigste Bit unbrauchbar
Signalverläufe
Gesamtadressraum
Befehl
Taktzyklen
LOOP:
IN
A,(10)
2
LD
(IX),A
5
INC
IX
2
DEC
B
2
JNZ
LOOP
5
Gesamt:
16
Þ
Ausführungszeit pro
m
sec
Prozessor-
kern
interner
Datenbus
Adressdecoder
Ein-/Ausgabe-
zur Freigabe
Datenübertragung durchführen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Zeichen
Flag
Adresse
Steuerfeld
FCS
Flag
Daten