Hệ thống nhúng và các Lab cho ARM bản dịch thuật sang tiếng việt

1 Chương I: Tổng quan sự phát triển ứng dụng hệ thống nhúng 1.1 Ứng dụng và phát triển hệ thống nhúng Hệ thống nhúng ñược dựa trên vi xử lý nhúng là phương thức kỹ thuật mới trong kỹ thuật công nghệ thông tin. Bộ xử lý chuỗi ARM là sản phẩm từ bộ máy RISC tiên tiến. Bản chất ARM hiện tại bao gồm ARM 7TDMI, ARM 720T, ARM 9TD MI, ARM 920T, ARM 970T, ARM 946T, ARM 966T VÀ Xscale,ect… Ltd ARM gần ñây ñã bỏ 4 bộ vi xử lý ARM11( ARM 1156T2, ARM 1156T2F-S, ARM 1176T2 và ARM 11TZF- S). Chip ARM ñược nâng cấp bởi nhiều hệ thống thời gian thực từ các nhà cung cấp như: Windows CE, UC Linux, VX works, Nucleus, EPOC… 1.2 Tổng quan môi trường phát triển nhúng cho ARM 1.2.1 Môi trường phát triển chéo( Cross) Phát triển chéo nghĩa là phần mềm biên dịch và biên soạn trên máy tính ña năng và sau ñó tải phần mềm tới thiết bị nhúng và gỡ rối nó trên cả chủ và ñối tượng.Máy tính ña năng ñược gọi là chủ.Thiết bị nhúng ñược gọi là ñối tượng.Môi trường phát triển chéo bao gồm phần mềm phát triển chéo chạy trên máy tính chủ và kênh gỡ rối từ chủ tới ñối tượng.Có 3 loại kênh gỡ rối từ chủ tới ñối tượng. 1.JTAG dựa trên ICD: JTAG dựa trên ICD ( In- Circuit Debugger- Gỡ rối trong mạch ñiện) ñược gọi là bộ mô phỏng JTAG. Bộ mô phỏng JTAG kết nối tới ñối tượng thông qua giao diện JTAG của bộ xử lý ARM và kết nối tới ñối tượng thông qua giao diện JTAG của bộ xử lý ARM và kết nối với chủ thông qua cổng serial( nối tiếp), cổng mạng hoặc cổng USB. Bộ mô phỏng JTAG có chức năng sau: • Thanh ghi: ðọc/ ghi CPU, ñiều khiểnlõi bộ xử lý • Bộ nhớ ñọc/ ghi • Thăm: Hệ thống ASIC • Thăm; Hệ thống I/O( vào/ra) • Chương trình thực hiện bước ñơn và chương trình thực hiện thời gian thực. • Cài ñặt ñiểm ngắt: Bộ mô phỏng JTAG là phương thức gỡ rối ñược sử dụng rộng rãi nhất 2.Phần mềm gỡ rối góc: 2 Phần mềm giám sát gỡ rối góc là một nhóm chương trình phần mềm chạy tại bảng mạch ñích. Nó nhận lệnh gỡ rối từ chủ tới ñiểm ngắt, chương trình thực hiện bước ñơn, bộ nhớ ñọc/ghi… Phần mềm góc rẻ và không cần bất cứ bộ mô phỏng gỡ rối phần cứng nào khác. Nhược ñiểm của phần mềm này là nó chỉ có thể ñược sử dụng sau khi phần cứng ở trạng thái ổn ñịnh. 3.Mô phỏng mạch ñiện ( ICE) là một thiết bị mô phỏng CPU ICE có thể mô phỏng hoàn toàn 1 ñối tượng CPU như là bộ xử lý ARM và cung cấp những chức năng gỡ rối sâu hơn. Cổng nối tiếp, cổng mạng và cổng USB cũng là kênh liên lạc của ICE. ICE có thể mô phỏng bộ xử lý ARM tốc ñộ cao.Nó hiếm khi ñược sử dụng trong phát triển phần mềm. 1.2.2 Bộ mô phỏng phần mềm: Bộ mô phỏng phần mềm có thể mô phỏng một phần phần cứng ñối tượng. Thông thường nó là một cấu trúc mô phỏng .Bộ mô phỏng phần mềm chỉ có thể ñược sử dụng như một công cụ gỡ rối ñầu tiên bởi vì chức năng của nó bị giới hạn và không thể mô phỏng hoàn toàn phần cứng thực. 1.2.3 Bảng ñánh giá: Bảng ñánh giá cũng ñược gọi là một bảng phát triển.Nó có ích với người lập trình viên.Những kỹ sư có kinh nghiệm cũng có thể làm bảng phát triển thuộc sở hữu của chính họ. Một bảng phát triển tốt khi có tài liệu hoàn chỉnh, phần cứng, những cài ñặt phần mềm, lược ñồ, chương trình mẫu, mã nguồn…dành cho mẫu ( ñiểm chuẩn) phát triển. 1.2.4 Hệ thống hoạt ñộng nhúng: Hệ thống hoạt ñộng thời gian thực nhúng ( RTOS) cung cấp quản lý bộ nhớ, quản lý công việc và quản lý tài nguyên. RTOS có thể lưu trữ nhiều vấn ñề trong những ứng dụng phức tạp.Nhưng nếu ứng dụng không phức tạp thì hệ thống nhúng có thể chạy mà không cần hệ thống hoạt ñộng thời gian thực. 1.3 Tổng quan hệ thống phát triển ARM: 1.3.1 ARM SDT ARM SDT ñược gọi là công cụ phát triển phần mềm ARM ñược tạo ra ARM Ltd. Phiên bản cuối cùng là 2.5.2.Những bộ xử lý ARM cao nhất mà nó có thể hỗ trợ là chuỗi ARM9.ARM Ltd sẽ không tiếp tục ARM SDK trong tương lai. Giao diện người dùng của ARM SDK ñược trình bày ở hình 1.1 và hình 1.2 3 Hình 1.1 - Quản lý dự án ARM Hình 1.2 - Cửa sổ ADW 1.3.2 ARM ADS ADS là ứng dụng phát triển ARM. ADS ñang ñược sử dụng thay cho ARM SDK.Phiên bản cuối cùng của ADS là 1.2. ARM ADS hỗ trợ tất cả những bộ xử lý nối tiếp ARM. Nó ñược hỗ trợ bởi Windows 2000/ Me, RedHat Linux, ect. 4 ARM ADS bao gồm 6 phần: + Code generation Tools + Code Warrior IDE + Debugger ( gỡ rối) ( ADS và ARMSD) + Cấu trúc mô phỏng cài ñặt + Dãy vi chương trình ARM và thư viện ứng dụng ARM Giao diện CodeWarrior ñược trình bày ở hình 1.3 Giao diện ADS ñược biểu diễn ở hình 1.4 Hình 1.3 Cửa sổ mã nguồn 5 Hình 1.4 Cửa sổ ADS 1.3.3 Multi 2000: Multi 2000 ñược phát triển bởi Green Hills.Multi 2000 hỗ trợ C/C++, Embedded C++, Ada95 và Fortan ngôn ngữ chương trình. Nó có thể chạy trên Window và Unix và hỗ trợ gỡ rối từ xa. Multi 2000 hỗ trợ 16 bit khác nhau, 32 bit và 64 bit CPUs và DSPs cụ thể là: Power Sparc, Trico và SH- DSP… Multi 2000 cũng hỗ trợ Project Builder( xây dựng dự án) ( Hình 1.6), Source- Level Debugger( Gỡ rối mức nguồn) ( Hình 1.7), Event Analyzer ( Bộ phân tích sự kiện) ( Hình 1.8), Perfomance Profiler( Công suất máy phay) ( Hình 1.9), Run time Error Checking( Kiểm tra lỗi thời gian chạy thực) , Graphic Browser ( Trình duyệt ñồ họa) ( Hình 1.10), Text Editor and Version Control System( Hệ thống ñiều khiển thiết kế và soạn thảo văn bản) 1.3.4 Embest IDE cho ARM Embest IDE ñược gọi là môi trường phát triển tích hợp nhúng, ñược phát triển bởi công ty Embest Info and Tech Co., Ltd. Embest IDE là một môi trường phát triển ñồ họa tích hợp cao mà bao gồm một người soạn thảo, một người biên tập, bộ gỡ rối, giám ñốc thiết kế, người lập trình nhanh… Embest IDE hiện tại hỗ trợ tất cả bộ xử lý dựa trên ARM7 và ARM9.Phần mềm cũng có thể ñược nâng cấp ñể hỗ trợ bộ nhớ ARM mới. Giao diện Embest IDE ñược trình bày ở hình 1.11 6 Hình 1.11 – Cửa sổ Embest IDE cho ARM 1.3.5 Bộ mô phỏng OPENNice32- A900 Bộ mô phỏng OPENNice32- A900 ñược sản xuất bởi AIJI.OPENNice32- A900 là một bộ mô phỏng JTAG và hỗ trợ ARM7/ARM9/ARM10 và chuỗi xử lý Intel Xscale. OPENNice32- A900 có những ñặc ñiểm sau: • Hỗ trợ nhiều CPUs hoặc nhiều cổng CPU • Hỗ trợ gỡ rối ngôn ngữ Assembly và C • Cung cấp, công cụ chương trình nhanh gắn trong máy • Cung cấp GUI( Graphical User Interface) ( Giao diện người dùng ñồ họa), hệ ñiều khiển bộ nhớ • Phần mềm có thể ñược nâng cấp ñể hỗ trợ bộ nhớ ARM mới. 7 1.3.6 Bộ mô phỏng Multi ( nhiều) ICE Multi ICE là một bộ mô phỏng JTAG ñược phát triển bởi ARM Ltd. Phiên bản cuối cùng là hình 2.1.Multi ICE hỗ trợ nguồn ñiện bên ngoài. ðiều này quan trọng ñối với việc gỡ rối thiết bị như ñiện thoại di ñộng, thiết bị nguồn ñiện acquy… Dưới ñây là những ưu ñiểm của bộ mô phỏng Multi ICE + Download nhanh và thực hiện chương trình theo bước ñơn + Người sử dụng ñiều khiển ñược ñầu vào/ ra tại bậc bit + Chế ñộ chuyển bit JTAG lập trình ñược + Giao diện mở hỗ trợ cho bộ nhớ ARM bất ñịnh và DSPS + Nhiều bộ gỡ rối có thể ñược kết nối tới mạng + Cổng ñối tượng và nguồn ñiện bên ngoài nguồn ñiện Chương II :Hệ thống phát triển Lab Embest ARM 2.1.Tổng quan về hệ thống phát triển Lab Hệ thống phát triển Lab ARM nhúng bao gồm: • Embest ARM cho ARM 2003 • Bộ mô phỏng Embest cho JTAG ARM • Bộ chương trình nhanh ( không gian) • Cổng phát triển Embest S3CEV40 • Cáp kết nối, bộ chính lưu nguồn và bản hướng dẫn Lab • Hai CD: - 1 CD hệ thống phần mềm Embest IDE cho ARM - 1 CD hệ thống phát triển ña Lab Phần mềm Embest IDE và phần mềm bộ chương trình nhanh là CD hệ thống phần mềm Embest IDE cho ARM. Nội dung CD bao gồm: Cẩm nang bảng ñánh giá Embest S3CEV40, sơ ñồ bảng ñánh giá, chương trình khởi ñộng, chương trình kiểm tra Modun hàm số, hệ thống hoạt ñộng thời gian thực UC/OS- II… CD này cũng có tất cả các mã nguồn của chuỗi Lab này. ðể chạy ñược chương trình mẫu của chuỗi Lab này, hãy copy nội dung của CD trong thư mục sau: 8 C:\ Embest\ Examples\ Samsung\ C3CEV40 “ C” ; Ổ cứng mặc ñịnh. Người sử dụng có thể lựa chọn ổ cứng khác trong suốt quy trình hệ thống. Trong tất cả các Lab của quyển sách này thư mục “C:\ Embest\ Examples\ Samsung\ C3CEV40” ñược gọi là thư mục chương trình mẫu. Gắn liền với quyển sách này là bản mới nhất của bản ñào tạo IDE xử lý hệ thống của phần mềm này chính xác như xử lý hệ thống của bản Embest IDE cho ARM 2003 thông thường mà ñược cung cấp trong bản Embest IDE ñầy ñủ. Trong quá trình xử lý hệ thống của bản ñào tạo IDE, mã nguồn của chương 3 ñược copy tự ñộng trong thư mục C:\ Embest\ Examples\ Samsung\ C3CEV40 Mẫu cơ bản của hệ thống phát triển Embest ARM ñược trình bày ở hình 2.1 Hình 2.1: Sơ ñồ chế ñộ của Labs. 2.1.1.Embest IDE: 1.Tổng quan về Embest IDE : Embest là một bộ khởi ñộng mới của môi trường phát triển tích hợp sử dụng phát triển phần mềm nhúng. Nó cung cấp giao diện ñồ họa mức cao cho phát triển phần mềm nhúng. Nó cung cấp tập hợp công cụ gỡ rối và phát triển bao gồm: Soạn thảo, biên dịch, kết nối, quản lý project …. Embest IDE tương tự như là Microsoft Visual Studio. Nó là tập hợp hệ thống phát triển Visual cho phát triển phần mềm nhúng. Trong IDE, người sử dụng có thể tạo chuyển ñổi hoặc mở các project, tạo hoặc mở các file, biên dịch, kết nối, chạy hoặc gỡ rối những loại chương trình nhúng khác nhau. Giao diện Embest IDE như ở hình 2.2: 9 Hình 2.2- Giao diện của Embest IDE 2. ðặc ñiểm của hệ thống Embest IDE Embest IDE có thể ñược chạy dưới nhiều hệ ñiều hành khác nhau như: Windows 98, 2000, NT, XP…Nó hỗ trợ chính những bộ xử lý ARM ( ARM7 và 9 hiện tại ). Bản ñầu tiên của Embest IDE cho ARM ñược hoàn tất năm 2001. Bản mới nhất là Embest IDE 2003 cho ARM. • Dưới ñây là những ñặc ñiểm quan trọng của Embest IDE cho ARM • Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình: C và Assembly • Giao diện thích hợp và dễ nhớ: Microsoft Visual Studio như giao diện của người sử dụng • Quản lý dự án : công cụ quản lý dự án ñồ họa mà tổ chức và quản lý nhiều file mã nguồn. Nó cung cấp cửa sổ cho biên dịch, kết nối va cài ñặt thư viện… Những dự án ña phần mềm hoặc những dự án ña thư viện có thể ñược quản lý trong cùng khu vực làm việc 10 • Bộ soạn thảo mã nguồn: Bộ soạn thảo văn bản chuẩn mà hỗ trợ hiển thị màu sắc cho từ khóa, cú pháp từ khóa… IDE cũng cung cấp tìm kiếm chuỗi ñộng cơ ( cơ cấu) cho tìm kiếm nhanh. • Công cụ biên dịch: GCC từ GNU ñược tối ưu và kiểm tra chặt chẽ trên môi trường Win32. IDE cung cấp giao diện cài ñặt, biên dịch, ñồ họa, người sử dụng có thể sử dụng ñơn giản, nhanh chóng và cài ñặt trực tiếp cho việc dịch dự án. ðầu ra của thông tin biên dịch dễ hiểu và ñược tổ chức ñối với người sử dụng ñể tìm ra nhanh chóng lỗi cú pháp trong mã nguồn của họ • Gỡ rối: Gỡ rối bậc mã nguồn. Bộ gỡ rối cung cấp 2 cách gỡ rối, ñó là gỡ rối giao diện ñồ họa và gỡ rối dòng lệnh. Bộ gỡ rối là ñiểm ngừng( giới hạn bền) có khả năng cài ñặt, thực hiện mã nguồn bước ñơn, bộ xử lý ngoài trong bộ nhớ ñiều chỉnh hoặc ngang hàng, giá trị thanh ghi và các biến, ngăn xếp chức năng hoặc ngàng hàng, mã phân giải… • Thiết bị gỡ rối: Bộ mô phỏng Embest JTAG, một trong số kết thúc của nó là DB25 mà kết nối tới cổng song song hoặc một PC( máy tính cá nhân), một kết thúc khác là bộ ghép IDC mà kết nối tới giao diện JTAG của bảng dịch( bảng ñối tượng). Người sử dụng có thể dùng Embest IDE và bộ mô phỏng Embest JTAG cùng nhau cho việc phát triển phần mềm. Embest IDE cũng hỗ trợ cab kết nối JTAG phổ biến. • Gỡ rối gián tiếp: Embest IDE cho ARM cung cấp bộ mô phỏng hướng dẫn. Người sử dụng có thể gỡ rối cho phần mềm ứng dụng ARM trên PC mà không cần kết nối phần cứng ñối tượng. • Cài ñặt chương trình mẫu: Cung cấp chương trình mẫu cho gỡ rối trong miêu tả người dùng cho bộ xử lý ARM từ nhiều công ty như: Atmel, Samsung, Cirrus Logic… • Trợ giúp trực tuyến: File trợ giúp trực tiếp bản Tiếng Anh và Tiềng Trung Quốc Khi phát triển phần mềm nhúng bước ñầu tiên là thiết kế, bước thứ 2 là lập trình, bước thứ 3 là gỡ rối.Một chương trình hàng nghìn lệnh có thể không có cảnh báo trong biên soạn nhưng sẽ không gặp ñiều kiện khi ñược thực hiện trong phần cứng. Hoặc chương trình sẽ gây mất ổn ñịnh hệ thống và không khởi ñộng ngay Chức năng gỡ rối của Embest bao gồm: • ðiểm ngắt: cài ñặt ñiểm ngắt, việc chặn ñiểm ngắt, việc xóa bỏ ñiểm ngắt, các biến cũng có thể ñược thay ñổi tại thời gian chạy. • Từng bước thực hiện chương trình [...]... ch nh ngu n: Bên c nh các thành ph n trên, h th ng Lab cũng cung c p cap cho k t n i bao g m 1 cap m ng, 1 cap USB, 1 cap n i ti p, 1 cap song song, 2 cap JTAG (20 chân và 16 chân) H th ng Lab cũng cung c p b ñi u ch nh ngu n 5V cho b ng Embest S3CEV40 2.2 L p ñ t c a h th ng phát tri n Lab: H th ng Lab Embest ARM bao g m: Embest IDE, chương trình Flash, b mô ph ng Flash cho JTAG ARM, b ng phát tri n... n các bư c l p ñ t và k t thúc vi c l p ñ t 2.2.3 Liên k t m ng c a dàn ph n c ng trong ph n m m: Như hình 2-11, b mô ph ng ñư c k t n i t i PC qua cáp song song và t i b ng ñích qua cáp JTAG 20 chân 17 Hình 2-11: Sơ ñ liên k t dàn Lab 2.3 M ch ph n c ng h th ng phát tri n Lab 2.3.1 T ng quan ph n c ng h th ng phát tri n Lab 1 H th ng phát tri n Lab Embest ARM Sơ ñ kh i h th ng phát tri n Embest ARM. .. ng ñích, vi c mô ph ng là b ñóng m ch t i ph n c ng.M t vài v n ñ giao di n như vi c h n ch t n s cao, nh ng v n ñ phù h p tham s , AC và DA, chi u dài dây… ñ u ñư c gi m thi u.S k t h p c a IDE và b mô ph ng JTAG là cách g r i ñư c s d ng thông d ng nh t B mô ph ng Embest Emulator cho ARM ñư c trình bày hình 2.3 Hình 3: B mô ph ng Embest choARM JTAG 11 2.1.3 Chương trình Flash: Sau khi chương trình... tín hi u l a ch n chip (CS3, CS4, CS5) và 2 ng t ngoài (EXINT4, EXINT5) 11 M ch LCD & TSP: Vì chip 44BOC cung c p b ñi u khi n LCD, driver và c ng vào/ra nên các chân c ng LCD cơ b n ñư c k t n i t i các chân cơ b n CPU tương ng bên trong chip ði u khi n LCD và driver ñư c tích h p trên chip 44BOX có th h tr màu ñơn, 4 màu xám, LCD m c xám 16 và màu ñơn, LCD STN và LCD DSTN màu 256 C màn hình th c là:... S3CEV40, cap các lo i và b ñi u ch nh ngu n Dàn ph n m m bao g m: Embest IDE và chương trình Flash t a là m t ph n c a dàn ph n c ng B ph n này là cơ s ñ l p ñ t và cài ñ t dàn ph n m m L p ñ t dàn ph n m m bao g m: • L p ñ t Embest IDE • L p ñ t chương trình Embest Flash 2.2.1 L p ñ t Embest IDE ð t CD l p ñ t ph n m m Embest IDE cho ARM t i CD- ROM c a b n, l y thư m c “Embest IDE 2004” và kích Setup.exe... này ñư c trình bày H2-24 (ñ nh nghĩa giao di n m r ng bus) 33 2.4 Cách s d ng c a Embest IDE 2.4.1 C a s chính Embest IDE ð ti n t i Embest IDE cho ARM ph i ch y Embest IDE.exe giao di n ngư i s d ng Embest IDE bao g m m t cài ñ t tích h p c a c a s , công c , menu, các thư m c và nh ng thành ph n khác cho phép b n t o l p, ki m tra và g r i nh ng ng d ng c a b n C a s chính c a Embest IDE ñư c trình... thanh chi u tương t sang tín hi u s và ngư c l i ð i v i tín hi u s , chip này cung c p ch c năng DSP(Digital signal processing: x lý tín hi u s ) Cho vi c x lý tín hi u âm thanh s Trong nh ng ng d ng, chip này có th dùng cho MDS, CDS, máy tính Notebook, PCS, Camera s …C ng IIS c a S3C44 Box có th k t n i ñư c t i chân BCK, WS, DATA1, DATA0 và SYSCLK c a VDA1341TS Chân L3DATA-L3MODE và L3CLOOCK là bus... 16 bit, 32 bit • H tr cho l p trình chip flash t 1 ñ n 4, file chương trình không c n ph i chia ra • H tr cho h ñi u hành Windows 98, 2000, NT và XP 12 2.1.4 B ng phát tri n Embest S3CCEV 40 Embest S3CEV 40 là dàn ph n c ng c a h th ng phát tri n Lab Nó là m t b ng phát tri n ARM ñư c phát tri n b i Embest INC v i ñ y ñ ch c năng B ng này cung c p nh ng ngu n tài nguyên khác nhau và d a trên b vi x lý... t và ch ñ quét 4 ñư ng truy n d li u ho t ñ ng theo hàng và 4 ñư ng truy n ñ a ch ho t ñ ng theo c t Nh ng dãy hàng ñư c k t n i thông qua nh ng thanh ghi m c cao và k t n i t i tín hi u ñ u ra t i ng t EXIT 1 c a MCU, thông qua c ng AND c a 74HC08 Nh ng dây c t ñư c k t n i thông qua nh ng thanh ghi m c th p.Khi phím ñư c n xu ng, dãy hàng b kéo xu ng m c th p làm cho ñ u vào EXINT1 tr thành th p và. .. 3,3V và 2,5 V cho I/O và c c ARM tương ng Có m t nút RESET trên b ng phát tri n b n có th n nút này ñ cài ñ t l i h th ng ñ ng h ñ nh th i gian th c ñư c kh i ñ ng b i vi c k t n i MCU v i m t b dao ñ ng th ch anh 32768 KHZ và m ch ngu n ñi n bên ngoài M ch ñi n k t n i, JTAG ñư c trình bày trên H2-23.Nó là m ch k t n i JTAG chu n 20 chân 27 Hình 2-23.Sơ ñ m ch ñi n giao di n JTAG 14 Công t c và ñèn . chất ARM hiện tại bao gồm ARM 7TDMI, ARM 720T, ARM 9TD MI, ARM 920T, ARM 970T, ARM 946T, ARM 966T VÀ Xscale,ect… Ltd ARM gần ñây ñã bỏ 4 bộ vi xử lý ARM1 1( ARM 1156T2, ARM 1156T2F-S, ARM 1176T2. tượng và nguồn ñiện bên ngoài nguồn ñiện Chương II :Hệ thống phát triển Lab Embest ARM 2.1.Tổng quan về hệ thống phát triển Lab Hệ thống phát triển Lab ARM nhúng bao gồm: • Embest ARM. dàn Lab. 2.3 Mạch phần cứng hệ thống phát triển Lab 2.3.1 Tổng quan phần cứng hệ thống phát triển Lab 1. Hệ thống phát triển Lab Embest ARM Sơ ñồ khối hệ thống phát triển Embest ARM