Fachhochschule Kaiserslautern Fachbereich Angewandte Ingenieurwissenschaften WS2010/11. Zeitpunkt der Prüfung: Beginn: 10.

Transkript

1 Lehrprozessor: Coldfire MCF-5272 Zeitpunkt der Prüfung: Beginn: Uhr Raum: Aula Bearbeitungszeit: 180 Minuten Erlaubte Hilfsmittel: Gedrucktes Vorlesungsskript von Prof. Neuschwander mit eigenen, handschriftlichen Ergänzungen, Befehlstabelle Coldfire MCF-5272, Taschenrechner (ohne Simulator- oder Assemblerfunktion) Laborunterlagen Alte Klausuren sind nicht erlaubt! Name: Vorname: Matrikelnummer: Semester: Aufgabe Punkte Maximal mögliche Punkte Summe aller Punkte 96 Note: Die Lösungen müssen auf den Aufgabenblättern angegeben werden. Beigefügte Blätter werden nicht bewertet. Achtung: Die Blattrückseiten enthalten auch Fragen! Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 1

2 1 Signale, Peripherieregister und Maschinenzyklen 1.1: Welchem Zweck dient der Pin CS 0? Antwort: 1.2: Mit wie vielen Adressleitungen wird ein 8MB-Programmspeicherchip (hat 32 Datenleitungen) am MCF-5272 angeschlossen? Antwort: 1.3: Mit CS 6 wird ein 32-Bit Speicher mit der Kapazität 8MB angesteuert. Welches Register ist an welchen Bitstellen zu programmieren, damit das Signal CS 6 auf der Adresse 0x beginnt? Die Auswahllogik soll durch die Initialisierung auch aktiviert werden. Geben Sie nur Registername, die Bitwerte und Bitpositionen an! Für diese Frage unbenötigte Bit nicht angeben! Die Adressierung muss eindeutig sein! Antwort: 1.4: Wie lange kann ein synchroner Buszyklus beim MCF-5272 mit 66MHz Takt maximal dauern? (2 Teilpunkte) Antwort: µs 1.5: Der MCF-5272 hat extern auf Adresse H einen 32-Bit Speicher angeschlossen. Füllen Sie die freien Spalten mit den Pegeln der Steuersignale ("0" oder "1"), welche bei der in der Spalte Funktion angegebenen Operation des MCF-5272 entstehen. Der Datenbus ist extern 32-Bit breit! BS 3 BS 2 BS 1 BS 0 R/ W Funktion Ein Byte auf Adresse H schreiben. Ein Byte auf Adresse H schreiben. Ein Wort von Adresse H lesen. Ein Langwort auf Adresse H schreiben. Summe Aufgabe 1: (12) Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 2

3 2 Interruptfunktionen 2.1: Der Eingang INT 6 des MCF-5272 soll einen Interrupt der Ebene 4 10 erzeugen können und freigeschaltet werden. Geben Sie die Register und Bitstellen mit Werten an, um dies festzulegen. Antwort: 2.2: Auf welcher Adresse im Speicher liegt der Interruptvektor von Timer 3 im MCF-5272 normalerweise? Antwort: 2.3: Was muss man wo eintragen, damit die Exception "Division durch 0" auf die Programmadresse 0x verzweigt? Antwort: 2.4: Füllen Sie das Bild des Statusregisters des MCF-5272 so aus, dass nur Interrupt s ab der Ebene 5 und höher erlaubt sind. Statusregisterinhalt vor Auftreten des Interruptes Bitnummer Nur die betreffenden Bitstellen ausfüllen! 2.5: Geben Sie die ANSI-C-Befehlsfolge an, um die durch einen Interrupt 1 Interruptanforderung zurückzusetzen. Ab hier Befehlsfolge schreiben: INT anstehende (2 Teilpunkte) Summe Aufgabe 2: (6) Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 3

4 3 Bausteinauswahllogik 3.1: Über CS 1 des MCF5272 sollen zwei statische RAM-Bausteine mit folgenden Daten am 32-Bit Datenbus des MCF-5272 angesteuert werden: Kapazität je RAM-Baustein: je 4 Mbyte Datenbusbreite: je 16 Bit Der RAM-Bereich soll an Adresse 0x beginnen, die RAM-Bausteine sollen im Synchronbetrieb mit 0 Waitstates arbeiten. Wie sind die Register CSBR1 und CSOR1 in den grau gekennzeichneten Feldern zu programmieren? Bitte 0 oder 1 in die grauen Felder eintragen! CSBR1: CSOR1: Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 4

5 3.2: Es ist ein externer Chip-Selekt-Dekoder mit Steuerbusanpassung eines MCF-5272-Systems in diskreter Logik zu entwerfen, welcher nur beim Ansprechen des Auswahlsignales CS 6 des MCF aktiv wird. Dieses Auswahlsignal ist auf die Anfangsadresse 0x programmiert und hat eine Länge von 8MB. Es sind nur die beim Speicher (Datenbreite der Speicherbausteine jeweils 16-Bit) angegebenen Signale über entsprechende Logik an Signale des MCF-5272 anzuschließen. Der FLASH-Speicher soll auf der tiefsten Adresse beginnen! Die Adressierung muss eindeutig sein! (10 Teilpunkte) Hier sind Signale des MCF-5272 Logik + Verbindungen hier zeichnen! V bi d CS OE FLASH Bit MB CS OE FLASH Bit MB CS RAM Bit OE 2MB R/W CS OE RAM Bit MB R/W 3.3: Geben Sie die Adressen an, auf welche die jeweiligen neu erzeugten Auswahlsignale ansprechen: Anfangsadresse Programmspeicher: Hex Anfangsadresse Datenspeicher: Hex (2 Teilpunkte) Summe Aufgabe 3: (16) Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 5

6 4 Interrupt, Unterprogramme und Stackinhalt 4.1: Der Stackpointer zeigt beim Aktivieren des ersten Befehles einer Interruptserviceroutine (in Assembler geschrieben) auf Adresse 0x Im Stack stehen die Werte laut folgender Tabelle. Adresse 0x x x x x Inhalt-Stack in Wortform! 0x???? 0x0204 0x0201 0x2301 0x1208 Fragen: War der Prozessor vor dem Interrupt im Supervisormode? Antwort: Welche Interruptebene hatte der Prozessor vor dem Interrupt? Antwort: Welche Flags waren vor dem Interrupt 1? Antwort: An welcher Adresse wird das Programm nach dem Interrupt fortgesetzt? Antwort: Hex 4.2: Die folgenden 2 Befehle werden einzeln ausgeführt und jeweils durch einen Interrupt der Priorität 3 unterbrochen. Vor dem Ausführen der Befehle ist der MCF-5272 im Usermode (kein TRACE- Betrieb). Die aktuelle Interruptebene ist dabei auf 2 gesetzt. Alle Flags sind vorher 0. Datenregisterinhalte sind vorher alle 0! Der Stackpointer zeigt vor dem Programmstart auf die Adresse H! Geben Sie den Stackinhalt mit Adressen nach Beenden des jeweiligen Befehles an. Jedes der 2 Befehlsbeispiele startet mit den oben genannten Register-, Interrupt- und Stackpointerwerten neu! Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 6

7 Adresse Label Befehl H START: and.l d0,d7; ; Während dieses Befehles wird Interrupt aktiv Adresse Inhalt-Stack in Wortform! Adresse Label Befehl H START: BRA.W $125800; ; Während dieses Befehles wird Interrupt aktiv Adresse Inhalt-Stack in Wortform! Geben Sie den Statusregisterinhalt beim letzten Beispiel nach Beenden des Befehles an. T S I2 I1 I0 X N Z V C (2 Teilpunkte) Summe Aufgabe 4: (14) Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 7

8 5 Spezielle Peripherie (Timer, PWM) 5.1: Timer 0 soll zur Messung der Periodendauer eines Signals benutzt werden. Es soll der zeitliche Abstand der steigenden Flanken gemessen werden. Die Frequenz des Signals kann im Bereich 0 bis Hz sein. Die Messung soll exakt auf 1µs genau sein! Die Interruptfunktion für diese Art der Messung soll aktiviert sein! Geben Sie Registernamen, Bitstellen (symbolisch oder mit Nummer) und Bitwerte an, welche Sie für diese Funktion programmieren müssen. Antwort hier schreiben 5.2: PWM-Einheit 0 soll an ihrem Ausgang ein rechteckförmiges Signal (30% der Periodendauer auf 1 ) mit der Frequenz von ca. 251 Hz liefern. Geben Sie Registername, Bitstellen (symbolisch oder mit Nummer) und Bitwerte an, welche Sie für diese Funktion programmieren müssen. Antwort hier schreiben 5.3: Ergänzung zu Aufgabe 5.2. Wir wollen am Ausgang der PWM-Einheit einen analogen Tiefpass anschliessen. Am Ausgang des Tiefpasses soll ein sinusförmiges Analogsignal mit einstellbarer Frequenz entstehen! Wie können wir dies machen? Antwort hier schreiben Summe Aufgabe 5: (12) Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 8

9 6 Hardware 6.1: Der Ausgang PA0 des MCF5272 soll eine rote LED (Ausgabe 1 = LED leuchtet) mit 10mA Strom ansteuern. Die LED ist direkt an der Leiterplatte angeschlossen. Entwerfen Sie eine geeignete Schaltung und zeichnen Sie den Schaltplan. Hier Schaltplan zeichnen 6.1: Am Eingang PA8 des MCF5272 soll ein mechanischer Schalter angeschlossen werden, welcher ca. 100m vom MCF5272 entfernt in einer störverseuchten Umgebung installiert ist. Dieser liefert im durchgeschalteten Zustand eine Gleichspannung von 12V (+-10%). Entwerfen und dimensionieren Sie eine geeignete Schaltung und zeichnen Sie den Schaltplan. (8 Teilpunkte) Hier Schaltplan zeichnen Summe Aufgabe 6: (12) Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 9

10 7 Software Es ist eine Hardware mit dem Prozessor MCF-5272 vorhanden (wie in unserem Labor). An Port A Bit 7-0 ist ein 8-Bit Digital-Analogwandler angeschlossen. Er gibt den an Port A ausgegebenen 8- Bit Wert als analoge Spannung aus. Es soll ein periodisches Analogsignal erzeugt werden. Ausgabewert Port A Analogausgangssignal 0x00 0V 0x01 10mV 0x02 20mV.... 0x0A 100mV.... 0xFF 2,55V Programmaufbau: 7.1: Schreiben Sie das komplette Programm in ANSI-C, welches folgende Aktionen nach dem Start durchführen soll: Port A Bit 7-0 als Ausgang initialisieren, Port A Bit 15-8 nicht verändern Timer 0 initialisieren für periodischen Interrupt jede Millisekunde Der Interrupt von Timer 0 soll auf eine von Ihnen zu schreibende C-Funktion timer0() verzweigen. Diese Funktion muß die unten dargestellte Kurvenform erzeugen nach der Initialisierung am Ende in einer Endlosschleife auf einen Interrupt warten (15 Teilpunkt) U D/A 2,55V 2,0V 1,5V 1,0V 0,5V 0 V Periode "T" 1ms Ausgangssignal des D/A-Wandlers t Programmstart t=0 Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 10

11 7.2: Programmfunktion wie oben, aber neue Signalform! Die Timer-Interruptfunktion muß nun die unten dargestellte Sinuskurvenform erzeugen. Die Periode T soll 1 Sekunde sein. Der Interrupt des Timer 0 soll jede Millisekunde erzeugt werden. (10 Teilpunkte) Tip: Man kann den Sinuswert aus einem Array lesen. Das Array ist in einer ASCII-Datei (sinus.dat) definiert. Bei jedem Interrupt soll mit einem Pointer aus dem Array der nächste Sinuswert ausgelesen und an den D/A-Wandler ausgegeben werden. Die ASCII-Datei mit der Array- Definition sei gegeben und der Inhalt des Array s sei wie folgt aufgebaut (Inhalt 1000 Byte): Byte in der Datei Wert des Byte Sinuswert von ((1/1000) * 360 Grad)* Sinuswert von ((2/1000) * 360 Grad) * n Sinuswert von ((n/1000) * 360 Grad ) * Sinuswert von ((999/1000) * 360 Grad) * Folgende Zeile in main.c bindet das Array mit den Sinuswerten ein. Die Datei sinus.dat sei schon vorhanden. // Einbinden der Arraydefinition mit Sinuswerten #include "sinus.dat" Inhalt der Datei sinus.dat : // Sinuswertetabelle mit 8-Bit Integerwerten unsigned char sinus[] = {150,151,,250,,150,,50,.,150}; U D/A Ausgangssignal des D/A-Wandlers 2,50V 2,0V 1,5V 1,0V 0,5V 0 V Programmstart t=0 Periode "T" t Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 11

12 Hier Programm 7.1 schreiben Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 12

13 Hier Programm 7.2 schreiben Prof. H.W. Neuschwander Lehrprozessor MCF-5272 Prüfungsdatum: Seite 13