TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 142 CHỈÅNG 4 : VI XỈÍ L TRONG K THÛT TỈÛ ÂÄÜNG ÂIÃƯU KHIÃØN Viãûc ỉïng dủng mạy tênh vo k thût âo lỉåìng v âiãưu khiãøn â âem lải cạc kãút qu âáưy ỉu viãût. Cạc thiãút bë hãû thäúng âo lỉåìng v âiãưu khiãøn ghẹp näúi våïi mạy tênh cọ âäü chênh xạc cao, thåìi gian thu tháûp säú liãûu ngàõn, nhỉng cn âạng quan tám hån l mỉïc âäü tỉû âäüng họa trong viãûc thu tháûp v xỉí l cạc kãút qu c viãûc láûp bng thäúng kã v viãûc in ra giáúy. Vi xỉí l Chỉỵ "vi " trong khại niãûm trãn cọ ngưn gọc tỉì chỉỵ "micro" k hiãûu l "µ", cọ nghéa l " mäüt pháưn triãûu " hồûc "ráút nh". Vi xỉí l ( Microprocessor ) cọ nghéa la ì "bäü xỉí l ráút nh", âỉåüc k hiãûu l "µP". Thanh ghi Säú liãûu Thanh ghi Âëa chè Thanh ghi Säú liãûu Thanh ghi Âëa chè Âån vë säú hc lägic (ALU) Âãûm Bus Säú liãûu Âãûm Bus Âiãưu khiãøn Âãûm Bus âëa chè Kháu tênh toạn Kháu âiãưu khiãøn  ån v ë xỉí l y ï trun g tám ( CPU ) BUS trãn p hiãú n Kháu âã û m TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 143 Vãư cå bn, µ P thỉåìng cọ cáúu trục âỉåüc thãø hiãûn trong hçnh trãn. Ty tỉìng loải µP, chụng cọ thãø cọ thãm mäüt vi âån vë chỉïc nàng khạc nỉỵa, nhỉng cáúu trục täúi thiãøu ca chụng bao giåì cng cọ ba kháu; 1- Kháu tênh toạn: gäưm cọ âån vë säú hc v lägic (Arithmetic Logic Unit: ALU), cạc thanh ghi säú liãûu v âëa chè. 2- Kháu âiãưu khiãøn: gäưm cọ bäü gii m lãûnh v bäü âãúm chỉång trçnh. 3- Kháu âãûm: våïi cạc bäü âãûm (thỉåìng l ba trảng thại: Tri-State ), ghẹp näúi Bus trãn phiãún ca µP våïi cạc Bus âiãưu khiãøn, säú liãûu v âëa chè nàòm bãn ngoi. Hai kháu tênh toạn v âiãưu khiãøn thỉåìng âỉåü c gi ghẹp chung l âån vë xỉí l trung tám (Central Processing Unit: CPU). Khi náøy sinh nhu cáưu sỉí dủng µP trong cạc hãû thäúng âiãưu khiãøn tỉû âäüng (ÂKTÂ), ta s phi sỉí dủng thãm cạc pháưn tỉí ngoải vi, tảo thnh giao diãûn thêch håüp giỉỵa µ P våïi mäi trỉåìng cäng nghãû bãn ngoi phiãún (Chip). Vi xỉí l tên hiãûu Âãø phán biãût âỉåüc sỉû khạc nhau cå bn giỉỵa µ P v vi xỉí l tên hiãûu ( Digital Signalprocessor, viãút tàõt: DSP ) ta phi xem xẹt k hån kháu tênh toạn thüc CPU ca µ P. Âäúi våïi µ P thäng thỉåìng. Cạc phẹp tênh säú hc thỉåìng âỉåüc thỉûc hiãûn giỉỵa cạc thanh ghi säú liãûu cọ bãư räü ng chênh bàòng bãư räüng ca säú liãûu.Vê dủ: nãúu µP 16- Bit thç cạc thanh ghi säú liãûu cng l 16-Bit. Âiãưu ny dáùn âãún nhỉåüc âiãøm sau âáy: - Báút k thanh ghi no cng cọ thãø nháûn kãút qu ca phẹp tênh säú hc nhỉ cäüng trỉì. Âiãưu ny gáy khọ khàn khi thỉûc hiãûn cạc phẹp cäüng trỉì cọ têch ly, nháút l khi kãút qu ca cạc phẹp tênh âọ vỉåüt quạ kêch cåỵ säú liãûu cho phẹp (åí vê dủ trãn: 16-Bit) * Khi thỉûc hiãûn phẹp nhán, kãút qu bao giåì cng cọ bãư räüng gáúp âäi ca säú liãûu chøn. Vê dủ: phẹp nhán 16-Bit x 16-Bit cho kãút qu 32 Bit. Cạc µP cọ häù tråü phẹp nhán thỉåìng cáú t kãút qu åí 2 thanh ghi säú liãûu riãng biãût. Âiãưu ny lm cho ngỉåìi láûp trçnh s phi täún kẹm thãm vi thao tạc lãûnh nỉỵa âãø lm trn säú måïi âi âãún kãút qu 16-Bit cúi cng m êt gáy sai säú. Bê quút thnh cäng ca DSP cọ thãø âỉåüc diãùn gii mäüt cạch âån gin cäng thỉïc: Σa i x 1 (1) Âọ l cäng thỉïc näøi tiãúng tênh "täøng têch ly" âỉåüc sỉí dủng trong háưu hãút cạc thût toạn xỉí l tên hiãûu säú ( digital ) nhỉ cạc kháu lc tên hiãûu, biãún âäøi Fourier Pháưn låïn cạc thût toạn âiãưu khiãøn/ âiãưu chènh (ÂKÂC) cng cọ thãø quy vãư cäng thỉïc âọ. Nãúu µP thäng thỉåìng mún thỉûc hiãûn thût toạn (1) våïi täúc âäü cao, µ P âọ phi cọ kh nàng thỉûc hiãûn âäưng thåìi mäüt phẹp nhán v mäüt phẹp cäüng chè trong mäüt nhëp lãûnh duy nháút. Vç giạ trë ca täøng (1) liãn tủc âỉåüc TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 144 tàng thãm lỉåüng bàòng kãút qu ca phẹp nhán. µ P s phi cọ bäü pháûn cỉïng v mäüt thanh ghi têch ly. Trong cạc µ P thäng thỉåìng khäng cọ thanh ghi ny, chè êt cng thiãúu bäü nhán. Kháu tênh toạn ca DSP vç váûy âỉåüc bäø xung thãm mäüt thanh ghi têch ly ( Accumlator, viãút tàõt: ACC ) cọ bãư räüng gáúp âäi bãư räüng säú liãûu chøn. Vê dủ: nãúu bãư räüng säú liãûu l 16-Bit, ACC s l 32-Bit. Duy nháút thanh ghi ACC l nåi thỉûc hiãûn v chỉïa kãút qu ca mi phẹp cäüng/trỉì., vç váûy ráút thûn tiãûn cho cạc phẹp tênh têch ly sau khi nhán, cho phẹp gim mäüt cạch âạng kãø (so sạnh våïi µ P thäng thỉåìng) thåìi gian thỉûc hiãûn cạc phẹp tênh xỉí l tên hiãûu. Nhỉ váûy, vãư bn cháút DSP l µ P cọ thãm thanh ghi ACC v bäü nhán cỉïng . Nhiãưu DSP kãút håüp c hai kháu âọ trong mäüt âån vë gi l MACC, åí trãn ta â nhàõc âãún nhỉåüc âiãøm cäú hỉỵu ca µ P khi thỉûc hiãûn phẹp nhán: âọ l viãûc bãư räüng ca kãút qu nhán tàng gáúp âäi v âỉåüc cáút åí hai thanh ghi khạc nhau khiãún cho thao tạc lm trn hồûc xỉí l kãút qu ráút täøn tháút thåìi gian. Cng tải âáy, näøi báût låüi thãú ca DSP: nhiãưu DSP cho phẹp thỉûc hiãûn cạc thao tạc âọ âäưng thåìi våïi nhán v têch ly chè trong mäüt nhëp lãûnh duy nháút. Tuy nhiãn, cọ âỉåüc thãú mảnh âọ cn l nhåì thay âäøi cáúu trục Bus trãn chip. Ta hy xẹt cạch thỉûc hiãû n mäüt lãûnh nhán ca µP thäng thỉåìng khi tênh cäng thỉïc (1). Cäng thỉïc âọ cọ chỉïa cạc hãû säú a i cäú âënh, vç váûy chụng s âỉåüc cáút åí bäü nhåï chỉång trçnh. Cạc dỉỵ liãûu x i âỉåüc cáút åí bäü nhåï säú liãûu. Chỉång trçnh v säú liãûu ca cạc µP thäng thỉåìng âãưu sỉí dủng chung 1 Bus âëa chè l 1 Bus säú liãûu. Vç váûy trçnh tỉû tênh thỉåìng l nhỉ sau: 1- Xám nháûp vo bäü nhåï láưn thỉï 1 âãø âc m lãûnh. m lãûnh âỉåüc âỉa tỉì bäü nhåï tåïi µP. 2- µP gii m lãûnh v biãút l phi thỉûc hiãûn phẹp nhán. 3- Xám nháûp láưn thỉï 2 vo bäü nhåï chỉång trçnh âãø âc giạ trë ca a i 4- Xám nháûp láưn thỉï 3 vo bäü nhåï säú liãûu âãø âc giạ trë ca x i 5- Thỉûc hiãûn phẹp nhán. Ta â biãút, cạch täø chỉïc Bus nhỉ trãn âỉåüc gi l cáúu trục Vonneumann (hçnh a). VI XỈÍ L (a) N håï säú liãû u Bus säú liãûu Bus âëa chè N håï chỉång trçnh Âiãưu khiãø n TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 145 Ngỉåüc våïi µ P thäng thỉåìng. DSP cọ nhiãûm vủ chuøn säú liãûu tênh tåïi kháu tênh cng nhanh cng täút. Âãø lm âỉåüc âiãưu ny, büc phi täún kẹm hån: phi chia khäng gian nhåï trãn chip ra lm hai v vç thãú phi cọ 2 Bus âëa chè v 2 Bus säú liãûu (hçnh b) âäüc láûp cho 2 vng nhåï. Nhåì cạch täø chỉïc ny, DSP cọ kh nàng thám nháûp vo hai vng nhåï âãø âc 2 toạn hảng chè trong mäüt nhëp duy nháút v váûy tiãút kiãûm âỉåüc nhiãưu thåìi gian. Cáúu trục Bus ny cọ tãn l cáúu trục Harward. Trãn thỉûc tãú, vç l do giạ thnh chè cọ thãø thỉûc hiãûn cáúu trục Bus Harward cho cạc bäü nhåï trãn phiãún (on-chip). Do âọ, khi tra cỉïu vãư cáúu trục bãn trong ca DSP, bản âc s thỉåìng gàûp khại niãûm Promgram Bus (hçnh b): Bus säú liãûu 2, Bus âëa chè 2) v Data bus (Bus säú liãûu 1, Bus âëa chè 1). Âäúi våïi bãn ngoi phiãún, DSP váùn sỉí dủng Bus âëa chè, Bus säú liãûu chung cho c hai vng nhåï. Âiãưu ny gii thêch cho ta tháúy: Tải sao DSP chè cọ kh nàng thỉûc hiãûn phẹp nhán trong mäüt nhëp duy nháút, nãúu cạc toạn hảng âãưu nàòm åí vng nhåï on-chip. Ngoi ra, khi thỉûc hiãûn phẹp cäüng têch ly (1),âäưng thåìi DSP cọ thãø phi thỉûc hiãûn thãm cạc thao tạc dëch trại, dëch phi (vë trê dáúu pháøy) hay lm trn täøng cúi cng. Nhiãưu DSP cọ kh nàng kãút håüp thao tạc âọ trong mäüt lãûnh duy nháút. Tọm lải DSP âỉåüc phán biãût våïi µ P thäng thỉåì ng l nhåì åí: a) cọ thãm thanh ghi têch ly ACC v bäü nhán cỉïng, b) cọ cáúu trục Bus trãn phiãún theo kiãøu cáúu trục Harward c) cọ kh nàng têch håüp nhiãưu thao tạc lãûnh trong cng mäüt lãûnh duy nháút. Táút c cạc âiãøm khạc nhau âọ chè nhàòm tảo cho DSP kh nàng thỉûc hiãûn våïi täúc âäü cọ phẹp tênh täøng têch ly (1) Dãù dng tháúy ràòng, ỉïng dủng ca DSP khäng chè giåïi hản trong viãûc thỉûc hiãûn cạc thût toạn xỉí l säú liãûu (xỉí l tên hiãûu) täúc âäü cao. DSP cọ thãø phạt huy âỉåüc ỉu thãú ca nọ trong táút c cạc ỉïng dủng ÂK/ÂC thåìi gian thỉûc, nåi m: a) thåìi gian tênh toạn (thåìi gian trêch máùu) chè nàòm trong khong vi tràm ms v b) phẹp cäüng têch ly (thût toạn âiãưu chènh digital) thỉåìng xun âỉåüc cáưn âãún. VI XỈÍ L (b) Nhåï säú liãûu Trãn chip Nhåï chỉång trçnh Trãn chip Âiãưu khiãø n Bus âëa chè 1 Bus âëa chè 2Bus säú liãûuBus säú liãûu TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 146 Vi âiãưu khiãøn = µP (hồûc DSP) + ngoải vi + ngàõt khäng cáưn th tủc . Trong quạ trçnh âi lãn ca cäng nghãû tỉû âäüng, µ P âỉåüc sỉí dủng ngy cng nhiãưu trong cạc thiãút bë ÂK/ÂC. Nhàòm tàng âäü tin cáûy, âäưng thåìi gim giạ thnh ca hãû thäúng, ngỉåìi ta â tçm cạch têch håüp cạc pháưn tỉí ngoải vi cå bn trãn phiãún. Âọ l nhỉỵng pháưn tỉí ngoải vi thỉåìng gàûp nháút trong k thût: 1- Kháu biãún âäøi tỉåüng tỉû säú ( Analog to Digital Con-verter, viãút tàõt: ACD ): Kháu ny cọ thãø gäưm 1-2 bäü ADC våïi kh nàng xen nhiãưu kãnh. Âäü phán gii thỉåìng l 8-10 Bit. 2- Kháu âiãưu chãú âiãûn ạp hçnh sin ( Puls Width Modulation, viãút tàõt: PWM ): kháu PWM co ï thãø cọ nhiãưu kãnh, âàûc biãût l kh nàng tảo âiãûn ạp xoay chiãưu 3 pha våïi cå chãú b thåìi gian an ton bo vãû van bạn dáùn cäng sút låïn. Âäü phán gii tỉì 50nsec - vi msec. 3- Hãû thäúng thanh ghi CAPCOM (Capture/compara Register ) phủc vủ viãûc ghi nháûn tên hiãûu tỉì bãn ngoi âãún (ráút quan trng trong âo lỉåìng) hồûc tảo tên hiãûu phạt ra ngoi (ráút quan trng trong âiãưu khiãøn). 4- Hãû thäng cạc thanh ghi v cäøng âàûc biãût: Khi cạc pháưn tỉí ngoải vi âỉåüc têch håüp chung våïi µP trãn cng mäüt phiãún, linh kiãûn måïi ny âỉåüc gi l "Vi âiãưu khiãøn" ( Microcontroller. Viãút tàõt: µ C ). Tọm lải: µ C âỉåüc phán biãût våïi µ P l do cạc âàûc âiãøm: a) cọ thãm cạc pháưn tỉí ngoải vi cå bn trãn phiãún b) cọ cå chãú ngàõt khäng cáưn th tủc ngàõt. Âiãưu ny cho phẹp náng cao täúc âäü tênh toạn, tàng âäü tin cáûy, âäưng thåìi gim giạ thnh ca hãû thäúng. Cạch âënh nghéa µ C nhỉ ta â nãu åí trãn cng cọ thãø âỉåüc ạp dủng âäúi våïi DSP. Thay vç viãút cäng thỉïc: µC = µP + ngoải vi + ngàõt khäng cáưn th tủc ta cng cọ thãø viãút: µC = DSP + ngoải vi + ngàõt khäng cáưn th tủc Cäng thỉïc måïi lm tàng täúi âa thãø mảnh väún cọ ca DSP. Âäi khi, cạc µ C loải ny cn âỉåüc gi l DSP controller, tuy nhiãn cạch gi ny êt phäø dủng. Cn nhỉỵng khại niãûm no ngoi mP, mC v DSP. Embedded Controller : Bn thán chỉỵ Embedded Controller cọ nghéa l "cáúy vo, nhụng vo" v nhàòm chè nhỉïng ỉïng dủng m µ P, µ C hồûc DSP khi âỉåüc "nhụng vo" hãû thäúng, hãû thäúng â s phi tha mn hai âi hi: - Âi hi vãư tênh chun dủng ( application specfic ) - Âi hi vãư täúc âäü âạp ỉïng thåìi gian thỉûc ( real time ) Nãúu chè xẹt vãư hai phỉång diãûn trãn, ta cọ thãø kãút lûn: Háưu hãút cạc ỉïng dủng cọ "Embedded Controller", báú t lûn chip âỉåüc nhụng vo hãû l µP, µC hay DSP. Âãún nay ta måïi chè xẹt cạc hãû sỉí dủng 1 chip v chỉa xẹt âãún nhiãûm vủ tênh toạn m chip âọ phi thỉûc hiãûn. Trong thỉûc tãú, cọ nhỉỵng nhiãûm vủ âi hi TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 147 cäng sút tênh toạn ráút låïn v bi toạn cọ thãø tråí nãn phỉïc håüp âãún mỉïc: khäng thãø thỉûc hiãûn phỉång thỉïc tênh toạn theo kiãøu thỉï tỉû trỉåïc sau (ta gi tàõt l tưn tỉû) cho cạc bi toạn con. Khi âọ büc nh thiãút kãú hãû thäúng phi tênh âãún kh nàng thỉûc hiãûn âäưng thåìi (ta gi l song song) cạc bi toạn con âọ. Transputer chênh l mäüt loải vi xỉí l cọ cáúu trục thêch håüp âãø xáy dỉûng cạc hãû thäúng tênh toạn song song ; Trãn âáy l så âäư giåïi thiãûu så âäư khäúi thäng thỉåìng ca Transputer trong âọ, ty theo loải m cọ thãø cọ khäú i xỉí l dáúu pháøy cäüng ( FPU: Floating Point Unit ) hồûc khäng. Váûy cạc khại niãûm; vi xỉí l ( Micro Processor: µ P ), vi âiãưu khiãøn ( Microcontroller: µ C ), vi xỉí l tên hiãûu ( Digital Signalprocessor: DSP ), Embedded Controller v Transputer, phi phán biãût r rng sỉû khạc nhau giỉỵa chụng âãø ta cọ quút âënh âụng khi phi lỉûa chn chip âãø gii quút nhiãûm vủ thiãút kãú âàût ra. FPU RAM CPU Links Memory Interface . TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 142 CHỈÅNG 4 : VI XỈÍ L TRONG K THÛT TỈÛ ÂÄÜNG ÂIÃƯU KHIÃØN Viãûc ỉïng dủng. nháút. Vç giạ trë ca täøng (1) liãn tủc âỉåüc TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 144 tàng thãm lỉåüng bàòng kãút qu ca phẹp nhán. µ P s phi cọ bäü pháûn cỉïng v mäüt thanh ghi. trun g tám ( CPU ) BUS trãn p hiãú n Kháu âã û m TỈÛ ÂÄÜNG HỌA QUẠ TRÇNH NHIÃÛT - PHÁƯN II 143 Vãư cå bn, µ P thỉåìng cọ cáúu trục âỉåüc thãø hiãûn trong hçnh trãn. Ty tỉìng loải µP,