Einführung in das Praktikumsystem NetX Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 1

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Wolfgang Schneider
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1 Einführung in das Praktikumsystem NetX Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 1

2 netx 100 Starter-Board Schnittstellen JTAG Seriell USB Ethernet-Schnittstellen (2x) CAN-Bus/DeviceNet Profibus Reset-Schalter Boot-Schalter Status-LED Ext. Spannungs- Versorgung (24 V) Dual Port Memory Extension Bus Digitale Input/Output Ports (4 Knöpfe Eingabe, 4 LEDs für Ausgabe) 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 2

3 Blockdiagramm netx 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 3

4 netx100 vs. netx500 netx500 Mikrocontroller hat zusätzlich integrierten LCD Controller externe Spannungsversorgung eine weitere Feldbus-Schnittstelle Echtzeituhr 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 4

5 netx 100 Technische Details (1) Prozessorkern ARM-926-CPU (32 Bit RISC Technologie), CPU-Takt 200 MHz 16 KB Befehlscache, 8 KB Datencache MMU Interner Speicher (d.h. Speicher auf der CPU) 144 Kbyte RAM 32 KB ROM (incl. Bootloader u. Realtime-Kern) Peripherie Farb-LCD-Controller Echtzeituhr USB 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 5

6 netx 100 Technische Details (2) Uart (3x) AD-Converter, 2x4 Kanäle mit 10 Bit Auflösung Encoder, 2 Kanäle Ein-/Ausgabe Ports, 16 Ethernet, 2 x 10/100Base-T Realtime Ethernet Feldbus-Schnittstellen Can-Bus (CanOpen / DeviceNet) InterBus, nur Master PROFIBUS AS-Interface, nur Master 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 6

7 netx 100 Technische Details (3) Schnittstelle externer Speicher 32 Bit Datenbus / 24 Bit Adressbus bis zu 256 MB RAM-Speicher adressierbar bis zu 64 MB Flash-Speicher Debug-Schnittstellen JTAG-Interface Leistungsaufnahme des netx100 beträgt nur 1 1,5Watt! 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 7

8 ARM 926 CPU (1) 32 Bit Universal -Prozessor mit RISC-Architektur Taktrate 200 MHz 32 Bit- und 16 Bit-Befehlssatz ARM9EJ-S Integer Prozessorkern Unterstützung für externe Coprozessoren (z.b. Floating Point Unit) Memory Management Unit Cache Große konfigurierbar: 4 KB KB 16 Register (32 Bit) im User Mode programmierbar, davon haben 3 Sonderfunktionen: Stack Pointer Program Counter Link Register 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 8

9 ARM 926 CPU (2) Zwei Befehlssätze 32 Bit Befehlssatz maximale Performance 16 Bit Thumb-Befehlssatz optimiert den Speicherbedarf Befehlsgruppen Verzweigungen Datentransfer Datenverarbeitung Blocktransfer Multiplikation Software Interrupt 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 9

10 ARM 926 CPU (3) 5 Stufen Pipelinearchitektur: 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 10

11 ARM 926 CPU (4) Allg. Befehlsstruktur: Cond. OP S R1,R2,R3 Bedingung Op-Code Beispiel für bedingte Anweisung: If (z==1) R1=R2+(R3x4) Wird übersetzt in: EQADDS R1,R2,R3,LSL # Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 11

12 ARM 926 CPU (5) Kopieren mehrerer Registerinhalte mit einem Befehl: Unterstützt das schnelle Retten u. Reinstallieren von Registerwerten bei Unterprogrammaufrufen, Prozeßwechsel Alle 16 Register oder auch ausgewählte Untermenge davon können mit der Kopieroperation angesprochen werden 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 12

13 rcx Echtzeit Betriebssystemkern Merkmale von rcx: Multitasking Kern, präemptiv Synchronisationsmechanismen Semaphore, Mutex, Message Queue, Speicher und Timer Dynamische Erzeugung von Objekten (unbegrenzt) Hardware-Abstraktionsschicht für den ARM-Prozessor Debug-Unterstützung in HITOP Entwicklungsumgebung integriert 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 13

14 Beispiel: rcx Timerfunktionen Header-Datei: AP_TIM.h enthält die Prototypen der C-Funktionen Timer Services: rx_timcreatetimer Erzeugung eines Timerobjektes rx_timgettime Wert des aktuellen Timers auslesen rx_timsettime Wert des aktuellen Timers setzen rx_timresettime Timer zurücksetzen (auf den Wert 0) rx_timdeletetimer Löschen eines Timerobjektes rx_timstoptimer Stoppen des Timers, Wert wird auf 0 gesetzt rx_timhalttimer Anhalten des Timers, Wert bleibt erhalten rx_timresumetimer Fortsetzen eines zuvor angehaltenen Timers 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 14

15 HiTOP Die Integrierte Entwicklungsumgebung HiTOP Programmeditor Debugger GNU C Compiler GNU Linker Projektmanagement-Funktionen 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 15

16 HITOP-Details(1) Drag- und Drop-Funktionen Integrierter Editor mit Syntax-Farbgebung Automatische Anzeige der Werte lokaler Variablen im Debugger Projektmanagement: Alle Informationen zu einer Debugger-Sitzung sind in einem Projekt zusammengefasst Testsystem Art der Verbindung zum Testsystem Anwendung, die getestet wird Testsystem-Einstellungen Alle in einem Programm verwendete Objekte können in einem Symbolbaum dargestellt werden, dadurch leichter Zugriff auf Funktionen, lokale und globale Variablen 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 16

17 StartEasy Software-Werkzeug, mit dem sich alle Parameter und Dateien eines netx- Softwareprojekts relativ komfortabel erzeugen lassen, insbesondere Makefile für den Programmerzeugungsprozeß Konfigurationsparameter für den Linker und das Ladeprogramm Templates für die Dateien main.c, main.h, interrupt.c, startup.s HiTOP Projektdatei, die dann unmittelbar von HiTOP geöffnet werden kann Vorgehensweise: Mit StartEasy: Projekteinstellungen vornehmen Projekt- Datei Mit HiTOP: Quellcode editieren, Übersetzen, Binden, Ausführen u. Debuggen 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 17

18 Wichtige Projekteinstellungen(1) Compiler-Optionen Ziel-Hardware (CPU) festlegen Stack Stackgrößen (Anzahl Worte, Wortgröße=32 Bit) für sechs vom ARM- Controller verwendete Stacks festlegen, z.b. für Interrupts Funktionsaufrufe Parameterübergabe an Funktionen Heap für dyn. erzeugte Objekte CPU Typ, Taktfrequenz 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 18

19 Wichtige Projekteinstellungen(2) Linker Pfadnamen für benutzte Bibiliotheken (C-Library, GNU-Library, ) Linker Skript-Datei: Wird von StartEasy erzeugt und wird zur Lokalisierung der Programmbefehle im Speicher der Zielhardware verwendet Code Header-Datei für Prozessor- und Peripherie-Register Debug-Tool Debuggen auf dem Zielsystem Einstellung Tantino for ARM7-9 wählen Debuggen mit dem Simulator Einstellung HiSIM wählen 2008 Albrecht Swietlik - Jiri Spale, Programmierung eingebetteter Systeme 19

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