NGHIÊN CỨU VÀ BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH KIT NHÚNG KM9260 TRÊN NỀN LINUX

NGHIÊN CỨU VÀ BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH KIT NHÚNG KM9260 TRÊN NỀN LINUX

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ** ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH KIT KM9260 TRÊN NỀN LINUX. GVHD: ThS Nguyễn Đình Phú; SVTH: Nguyễn Tấn Như; MSSV: 07101080. Tp. Hồ Chí Minh - 2/2012 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ** ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH KIT KM9260 TRÊN NỀN LINUX. GVHD: ThS Nguyễn Đình Phú; SVTH: Nguyễn Tấn Như; Lớp: 071012B, Hệ chính qui; MSSV: 07101080. Tp. Hồ Chí Minh - 2/2012 PHẦN I ii Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Thành Phố Hồ Chí Minh KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: NGUYỄN TẤN NHƯ MSSV: 07101080 Lớp: 071012B Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Hệ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Niên khóa: 2007– 2012 1.Tên đề bài: “ NGHIÊN CỨU VÀ BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH KIT NHÚNG KM9260 TRÊN NỀN LINUX ” 2. Các số liệu ban đầu: 3. Nội dung các phần thuyết minh: 4. Các bản vẽ đồ thị: 5. Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Đình Phú 6. Ngày giao nhiệm vụ: 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Thông qua bộ môn Ngày … tháng … năm 2012 Chủ nhiệm bộ môn iii LỜI MỞ ĐẦU Thế giới ngày nay với khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ cuộc sống con người ngày càng được phát triển tốt hơn. Khoa học kỹ thuật đem lại nhiều tiện ích thiết thực hơn cho cuộc sống con người. Góp phần to lớn trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật là sự phát triển mạnh mẽ của vi xử lý. Từ bộ vi xử lý đầu tiên Intel 4004 được sản xuất bởi công ty Intel vào năm 1971, đến nay ngành công nghiệp vi xử lý đã phát triển vượt bậc và đa dạng với nhiều loại như: 8951, PIC, AVR, ARM, Pentium,Core i7,…. Cùng với sự phát triển đa dạng về chủng loại thì tài nguyên của vi xử lý cũng được nâng cao. Các vi xử lý ngày nay cung cấp cho người dùng một nguồn tài nguyên rộng lớn và phong phú. Có thể đáp ứng được nhiều yêu cầu khác nhau trong thưc tế. Để giúp cho người dùng sử dụng hiệ u quả và triệt để các tài nguyên này thì hệ thống nhúng ra đời. Hệ thống nhúng (Embedded system) là một thuật ngữ để chỉ một hệ thống có khả năng tự trị được nhúng vào trong một môi trường hay một hệ thống mẹ. Đó là các hệ thống tích hợp cả phần cứng và phần phềm phục vụ các bài toán chuyên dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hoá điều khiể n, quan trắc và truyền tin. Với sự ra đời của hệ thống nhúng thì vi xử lý ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong công nghiệp vì khả năng xử lý nhanh, đa dạng, tiết kiệm năng lượng và độ ổn định của hệ thống nhúng. Những năm gần đây, sự năng động và tích cực hội nhập quốc tế đã đem về h ơi thở mới cho Việt Nam về mọi mặt: kinh tế, xã hội, văn hóa, nghệ thuật … Lĩnh vực kỹ thuật nói chung và kỹ thuật điện tử nói riêng cũng có những thay đổi theo chiều hướng tích cực. Bên cạnh việc áp dụng những kỹ thuật mới (chủ yếu mua từ nước ngoài) vào sản xuất, nhiều công ty ở Việt Nam đã chú trọng đến việc phát triển độ i ngũ R&D (Research And Development) để tự chế tạo sản phẩm hoàn thiện cung ứng cho thị trường. Một trong những sản phẩm đó là kit KM9260 là một kit nhúng được tích hợp cao trên nền vi điều khiển AT91SAM9260. Tuy hệ thống nhúng rất phổ biến trên toàn thế giới và là hướng phát triển của ngành Điện tử sau này nhưng hiện nay ở Việt Nam độ ngũ kỹ sư hiểu biết về hệ thố ng nhúng còn rất hạn chế không đáp ứng được nhu cầu nhân lực trong lĩnh vực này. Trước tình iv hình thiếu nhân lực như thế này, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh với tư cách là một trong những trường sư phạm kỹ thuật đứng đầu của Việt Nam đã nghiên cứu về lĩnh vực hệ thống nhúng và sẽ đưa vào hệ thống môn học đào tạo trong tương lai gần nhất. Vì vậy việc biên soạn giáo trình về h ệ thống nhúng là một yêu cầu cần thiết trong thời điểm hiện tại cũng như trong tương lai. Nhận thấy được nhu cầu cấp thiết đó nên sinh viên thực hiện đã chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH KIT NHÚNG KM9260 TRÊN NỀN LINUX” để làm đồ án tốt nghiệp cho mình. Những kiến thức, năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợ t bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy sinh viên thực hiện đề tài cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tận tình của Giáo viên hướng dẫn cùng Thầy/Cô thuộc Khoa Điện-Điện Tử để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù sinh viên thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Sinh viên thực hiện đề tài mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên. TP.HCM, Ngày tháng năm 2012 Sinh viên thực hiện đề tài Nguyễn Tấn Như v LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, sinh viên thực hiện đề tài xin được phép chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Đình Phú, giáo viên hướng dẫn đề tài, đã định hướng và trao đổi những kinh nghiệm quý báo để em thực hiện những nội dung trong đề tài này cách hoàn chỉnh. Kế đến, em cũng xin tỏ lòng biết ơn đến thầy Nguyễn Tấn Thịnh, cựu sinh viên của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, đã giúp em có được những kiến thức rất cơ bản có vai trò là nền tảng để giúp em phát triển những nội dung trong đề tài. Em cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tận tình truyền đạt những kiến thức và tình yêu nghề để em có sự đam mê nghiên cứu khám phá những kiến thức mới trong ngành. Cuối cùng em xin dâng lời cảm ơ n đến Chúa Giêsu, cha, mẹ và những người thân trong gia đình, bạn bè, đã tạo điều kiện thuận lợi vể tinh thần và vật chất giúp em hoàn thành đề tài này. TP.HCM, Ngày tháng năm 2012 Sinh viên thực hiện đề tài Nguyễn Tấn Như vi MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN A: GIỚI THIỆU Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lời mở đầu iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng ……………………………………………………………………xii PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1 1.1. Đặt vấn đề 2 1.2. Lý do chọn đề tài. 2 1.3. Đối tượng nghiên cứu 3 1.4. Giới hạn đề tài 3 1.5. Dàn ý nghiên cứu 3 1.6. Tình hình nghiên cứu 4 1.7.Ý nghĩa thực tiển. 5 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU-KẾT LUẬN-HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 116 5.1 Kết quả nghiên cứu. 117 5.2 Kết luận . 117 5.3 Hướng phát triển 118 PHẦN C: PHU LỤC………………………………………………. 119 vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng quát VN8-01 6 Hình 2.2: Sơ đồ chân VN8-01 7 Hình 2.3: CPU xử lý 5 giai đoạn 10 Hình 2.4: Kiến trúc đường ống 5 tầng 11 Hình 2.5: 1 lệnh đơn cần 5 xung clock 11 Hình 2.6: Tổ chức bộ nhớ chương trình trong VN8-01 12 Hình 2.7 Hoạt động của PC đối với lệnh thường và lệnh rẽ nhánh 13 Hình 2.8: Cấu trúc của 1 lệnh đơn 14 Hình 2.9: Các nguồn ngắt của VN8-01 17 Hình 2.10: Hoạt động của Stack và thanh ghi PC 18 Hình 2.11: Cấu trúc thanh ghi INTCON 19 Hình 2.12: Cấu trúc thanh ghi PIR1 20 Hình 2.13: Cấu trúc thanh ghi PIE1 21 Hình 2.14: Cấu trúc thanh ghi OPTION 22 Hình 2.15: Clock ngõ vào cho các bộ Timer 0,1,2 22 Hình 2.16: Sơ đồ khối của Timer0 25 viii Hình 2.17: Sơ đồ khối bộ định thời 1(Timer1) 29 Hình 2.18: Cấu trúc thanh ghi T1CON 29 Hình 2.19: Sơ đồ khối của Timer2 32 Hình 2.20: Cấu trúc thanh ghi T2CON 32 Hình 2.21: Thiết kế hoạt động cho chức năng WDT 34 Hình 2.22: Sơ đồ khối Watchdog-Timer 35 Hình 2.23: Chế độ hoạt động của CPP và nguồn Timer 39 Hình 2.24: Cấu trúc thanh ghi CCPCON 39 Hình 2.25: Cấu trúc thanh ghi PIR1 40 Hình 2.26: Vị trí bit CCPIE 40 Hình 2.27: quan hệ giữa CK bổn phận (Thigh) và CK xung (Tcycle) 42 Hình 2.28: Sơ đồ khối Capture của ngõ vào CCPI 43 Hình 2.29: Sơ đồ khối Compare 45 Hình 2.30: Sơ đồ khối PWM 46 Hình 2.31: Thay đổi CKNV khi CK xung cố định 47 Hình 2.32: Cấu tạo bộ truyền USART 50 Hình 2.33: cấu trúc thanh ghi TXSTA 51 Hình 2.34: Cấu trúc thanh ghi RCSTA 52 Hình 2.35: vị trí cờ ngắt nhận 53 Hình 2.36: Vị trí bit cờ ngắt 54 Hình 2.37: Quan hệ giữa clock lấy mẫu và clock truyền dữ liệu 55 Hình 2.38: Clock khi SPBRG = 0x00 56 Hình 2.39: Giản đồ xung truyền dữ liệu từng bit 57 Hình 2.40: Lấy mẫu dữ liệu ứng với BaudRate = Fosc/(64x(X+1)) 58 Hình 2.41: Lấy mẫu dữ liệu ứng với Baud Rate = fosc/(16x(X+1)) 58 Hình 2.42: Lấy mẫu d ữ liệu ứng với Baud Rate = fosc/(8x(X+1)) 58 Hình 2.43: Cấu tạo của bộ truyền USART 60 Hình 2.44: Truyền bất đồng bộ 1 khung dữ liệu dạng truyền đơn lẻ 61 Hình 2.45: Truyền bất đồng bộ Back-to-Back 61 Hình 2.46 Cấu tạo bộ nhận bất đồng bộ USART 62 Hình 2.47: Quá trình truyền đồng bộ Master 65 Hình 2.48: Chế độ nhận đồng bộ Master (nhận 1 lần) 67 [...]... của nhóm là “NGHIÊN CỨU VÀ BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH KIT NHÚNG KM9260 TRÊN NỀN LINUX Khi một họ CHIP vi điều khiển mới được ra đời, cùng với những tính năng vượt trội hơn so với các vi điều khiển khác, nhà sản xuất thường cho ra đời các kit nhúng sử dụng ngay những CHIP này để làm nổi bật những tính năng mà nó hỗ trợ Kit nghiệm KM9260 là một loại như thế Được xây dựng dựa vào cấu trúc hệ thống nhúng at91sam9260-ek... ”NGHIÊN CỨU VÀ BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH KIT NHÚNG KM9260 TRÊN NỀN LINUX làm đề tài tốt nghiệp của mình Với mục đích làm tài liệu nghiên cứu cho các bạn sinh viên mong muốn tìm hiểu thế giới lập trình nhúng đầy thú vị, góp phần làm cho môn học này được phát triển rộng rãi trong đội ngũ kỹ sư trẻ của nước ta, nâng cao chất lượng của nguồn nhân lực 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài này tập trung nghiên cứu chủ yếu... hành Linux: Cung cấp cho người học các kiến thức cơ bản về Linux để ứng dụng cho hệ điều hành nhúng Phần này bao gồm: - Kiến thức ve Linux - Các thao tác cơ bản trên hệ điều hành Linux - Trình soạn thảo VI  Lý thuyết về hệ thống nhúng: Cúng cấp cho người học các kiến thức ban đầu về hệ thống nhúng Phần này bao gồm: - Phần cứng hệ thống nhúng trên kit km9260 - Phần mềm hệ thống nhúng trên kit km9260. .. liệu hướng dẫn lập trình hệ thống nhúng dựa trên nền hệ điều hành linux nên những kiến thức về lập trình hợp ngữ, những chương trình không mang tính chất hệ điều hành không được đề cập và áp dụng trong những bài thực hành của giáo trình 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Nội dung của đề tài (giáo trình) bao gồm 3 vấn đề:  Lập trình hệ thống nhúng căn bản: Trình bày những kiến căn bản nhất về hệ thống nhúng, làm cơ sở... cận phần lập trình hệ thống nhúng nâng cao Bao gồm lý thuyết về hệ điều hành Linux, lý thuyết về hệ thống nhúng, hướng dẫn các phần mềm hổ trợ trong quá trình sử dụng kit nhúng, hướng dẫn nạp các phần mềm hệ thống nhúng và biên dịch phần mềm ứng dụng - Phần lý thuyết về hệ điều hành Linux sẽ trình bày các kiến thức căn bản của Linux: phân vùng đĩa trong Linux, cách truy xuất phân vùng trong Linux, các... module UART tích hợp trên CHIP AT91SAM9260;  ( ); CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Trong nước: Hiện nay đã có rất nhiều giáo trình nghiên cứu sâu vào nguyên lý hoạt động của hệ thống nhúng cả về phần cứng lẫn phần mềm Những quyển giáo trình này chủ yếu trình bày những lý thuyết chung chung không đi cụ thể vào một hệ thống nào Chính vì thế sau khi nghiên cứu xong, người học... khó có thể áp dụng ngay vào thực tế mà đòi hỏi phải có một quá trình nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống đó Trên các kênh truyền thông cũng có nhiều diễn đàn bàn luận về đề tài lập trình phần mềm hệ thống nhúng trên kit, nhưng đa số nhỏ lẻ và không theo trình tự logic từ dễ đến khó Điều này khiến cho người mới bắt đầu muốn nghiên cứu và viết được một ứng dụng phải trải qua quá trình thử sai tổng hợp từ... khiển trên mạch phần cứng Vì đa số các hệ thống nhúng hoạt động trên nền hệ điều hành linux đều theo một chuẩn chung nên khi tiếp xúc với các hệ thống khác người học có thể tự mình nghiên cứu tìm hiểu Đề tài được thiết kế theo kit KM9260, là kit thí nghiệm lập trình nhúng được tích hợp nhiều ngoại vi và các chân giao tiếp vào ra, thuận lợi cho việc kết nối với các bộ thí nghiệm khác hoặc lắp đặt vào... những kiến thức lập trình nhúng căn bản và cụ thể nhất để từ đó làm cơ sở để lập trình những ứng dụng lớn hơn không phải chỉ một mà là tập hợp những kỹ sư khác nhau cùng nghiên cứu phát triển 1.5 DÀN Ý NGHIÊN CỨU 1.5.1 Lập trình nhúng căn bản:  Giới thiệu về vi điều khiển AT91SAM9260: cung cấp cho người học các kiến thức cần thiết về vi điều khiển phục vụ cho việc nghiên cứu sử dụng kit nhúng Phần này... trong Linux, màn hình Terminal Ngoài ra phần này còn trình bày các thao tác cơ bản trong Linux như: khởi động lại hệ thống, tắt hệ thống, tạo thư mục tập tin, sao chép thư mục tập tin, di chuyển thư mục tập tin, phân quyền quản lý tập tin thư mục, … Cuối cùng phần này trình bày trình soạn thảo trong Linux là trình soạn thảo VI - Phần lý thuyết hệ thống nhúng sẽ trình bày về phần cứng của kit nhúng KM9260,