ARM-Mikrocontrollern MSR-Aufgaben mit Hilfe von ARM-Mikrocontrollern lösen

Transkript

1 PC & Elektronik Klaus-Dieter Walter Messen, Steuern und Regeln mit ARM-Mikrocontrollern MSR-Aufgaben mit Hilfe von ARM-Mikrocontrollern lösen Mit 170 Abbildungen FRANZIS

2 Inhalt Informationen zur CD-ROM 1 Einführung Zusammenhang zwischen ARM und MSR CPUs und Mikroprozessoren MCUs SoCs Was sind Embedded-Systeme? Externe Speicherbausteine 25 2 ARM-Architekturen RISC und CISC RISC-Entwurfziele Pipelining Cache-Speicher Was ist ARM? ARM-Architekturdetails ARM-Register ARM-Befehlssatz Aufbau von ARM-MCUs und SoCs Speicheraufteilung (Memory Map) V-Toleranz Analog Devices ADuC Philips LPC Entwicklungsumgebung und Programmierung Grundsätzlicher Aufbau einer Entwicklungsumgebung C-Programmierung Installation des GNU-C-Compilers (GCC) Test eines ARM-Cross-GCC Linux als PC-Betriebssystem Andere ARM-Cross-Compiler Weitere Werkzeuge ARM-Debug-Schnittstellen 92

3 10 Inhalt Grundprinzip der JTAG-Schnittstelle Befehle des TAP-Controllers ARM-EmbeddedICE Flash-Programmierung per ISP IDE Embedded-Betriebssysteme Warum ein Embedded-Betriebssystem? Welches Embedded-Betriebssystem? Linux Die wichtigsten Linux-Eigenschaften Die Linux-Bestandteile Echtzeit-Erweiterungen uclinux Kernel Space und User Space Linux-Entwicklungsumgebungen Linux-Nachteile ecos ecos - Ein Komponentenbetriebssystem RedBoot - Der passende Boot Loader Die Entwicklungsumgebung Windows-CE uc/os-ii Embedded-Networking mit ARM Ethernet Netzwerkstrukturen (Topologien) Sternkoppler (Hub und Switch) CSMA/CD-Zugriffsverfahren QoS (Quality of Service) Ethernet-Datenpakete MAC-Adressen Ethernet-Controller TCP/IP Das OSI-Referenzmodell der ISO IP TCP UDP Das Socketinterface Ethernet-LAN-Sniffer Konfiguration per LAN BOOTP 170

4 Inhalt DHCP Sicherheitshinweis Schwachstellen finden und ausnutzen Schwachstellen beseitigen Embedded-Internet mit ARM Wichtige Server- und Client-Programme Telnet < FTP TFTP HTTP Sonstige Server- und Client-Anwendungen Telnet für MSR-Aufgaben nutzen FTP und TFTP nutzen Embedded- Webserver Funktionsweise Einsatzmöglichkeiten Webserver-Programmierung Der Aufbau von HTML-Seiten CGI-Programme Java-Applets MSR-Schnittstellen Parallele Bussysteme PIO UART SPI I2C CAN USB Ethernet WizNET W3100A XPort - RJ45-Steckverbinder als Subsystem Echtzeit-Ethernet Uhrensynchronisation und Priorisierung ETHERNET Powerlink RTnet Sonstige Verfahren Analoge Ein- und Ausgänge Analog-Digital-Wandler Digital-Analog-Wandler 240. f.10.3 ADC und DAC mit integrierter ARM-MCU 241

5 12 lnhalt 7.11 Bluetooth-Funkstrecken Modemverbindungen Analoge Modems GSM- und GPRS-Modems DIL/NetPCs für MSR-Anwendungen Linux-Modul mit StrongARM oder Xscale MSR-Interface per I2C, SPI, UART oder Bus Die Linux-Konfiguration eines DNP/xl DerTCP/IP-Stack Die Server-Programme JFFS zur Flash-Speicherverwaltung Entwicklungswerkzeuge und Programmierung Installation des Cross-Compilers Installation und Einsatz des GNU-Debuggers MSR-Anwendungen mit einem System-on-Module (SoM) Die wichtigsten Merkmale eines PNP/ Die Pinbelegung der 169-poligen PGA-Fassung Betriebssystem und Boot Loader ARM-MCU durch FPGA erweitern MCU plus FPGA als Standardbaustein MCU und CPLD/FPGA - Ein Dreamteam? VHDL zur Beschreibung der Peripheriefunktionen Ein Anwendungsbeispiel für den PNP/ Ein Server für Trenddaten in XML Ereigniszähler per Web-Browser anzeigen Der PNP/2110 als VPN-Gateway Automatischer -Versand per PNP/ ARM-SoCs im Vergleich zu alternativen Lösungen Motorola-ColdFire-MCU mit LAN und CAN Die Eigenschaften des MCF Der MCF5282 mit Linux BDM statt JTAG FPGA mit Softcore-MCU Trends in der Halbleiterfertigung Die Entwicklung der eigenen MCU Linux-Plattform mit FPGA Embedded-Linux als Zwischenebene Boot Loader als Hilfswerkzeug C/C++-Umgebung zur FPGA-Programmierung Fazit 318

6 Inhalt 13 Anhang 1: Hilfreiche Webadressen 320 ALI Betriebssysteme 320 Al.2 Entwicklungswerkzeuge, besondere Laufzeitumgebungen 321 A1.3 Hardware 324 Al.4 Sonstige hilfreiche Webseiten 325 Anhang 2: Wichtige Begriffe und Abkürzungen (Glossar) 328