Prozessor- und Rechnerarchitekturen (Master)

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1 Prozessor- und Rechnerarchitekturen (Master) Themen am : Vortrag; Demo: TI-Chronos Dev Kit; Motorola / Freescale: Coldfire; Befehlsstruktur bei ARM Prozessoren; Ulrich Schaarschmidt FH Düsseldorf, SS 2015 ACHTUNG Bitte lassen Sie mir Ihre Ausarbeitungen umgehend zukommen. Die Vortragsfolien sollen schließlich VOR der Klausur für die andere, Kommilitonen zur Verfügung stehen U.G. Schaarschmidt - FH-D 2 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 1

2 Klausuraufgaben Bitte unterstützen Sie mich wieder mit Ideen aus Ihren Ausarbeitungen / Vorträgen in Form von Klausuraufgaben mit Musterlösungen! Natürlich kann eine solche Aufgabe abgewandelt oder auch gar nicht in der Klausur auftauchen U.G. Schaarschmidt - FH-D 3 Literatur / Quellen D. A. Patterson; J.l: Hennessy: Rechnerorganisation und Rechnerentwurf (Die Hardware / Software-Schnittatelle) 4. vollst. Überarb. Aufl. Oldenbourg Verlag München, U.G. Schaarschmidt - FH-D 4 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 2

3 Coldfire? RISC - Mikrocontroller-Architektur, Motorola 68k-Prozessoren als Vorfahren, Subset des 68k-Befehlssatzes implementiert, Ab 4. Generation mit MMU und FPU, MAC-Funktionseinheit (DSP Funktionalität), UB = 3,3V (keine besondere Kühlung erforderlich ), (akt. 1,71 3,6V), Aktuelle Coldfire: USB-Host-Controller, DDR- Interface, PCI-Interface, Ethernet-Controller, U.G. Schaarschmidt - FH-D 5 ColdFire+ MCUs MCF51Jx: ColdFire+ Jx family MCF51Qx: ColdFire+ Qx Family ColdFire MCUs V1 MCUs MCF51AC: Flexis 32-bit ColdFire V1 Microcontrollers MCF51AG: Product Summary Page MCF51CN128: Product Summary Page MCF51EM: MCF51EM bit MCU for Smart Meter Applications MCF51JE: Flexis 32-bit ColdFire V1 Microcontrollers MCF51JM: Flexis 32-bit V1 ColdFire USB Microcontroller MCF51MM: Flexis 32-bit ColdFire V1 Microcontrollers MCF51QE: Flexis 32-bit ColdFire V1 Microcontroller V2 MCUs MCF521X: 32-bit microcontroller with CAN MCF521XX: 32-Bit Microcontroller MCF5221X: 32-Bit Microcontroller with USB On-The-Go MCF5222X: 32-bits Microcontrollers with USB MCF5223X: Integrated ColdFire V2 Ethernet Microcontrollers MCF5225X: One-Stop-Shop Connectivity 32-bit Microcontrollers MCF528X: Integrated ColdFire V2 Ethernet, CAN and Flash Microcontrollers U.G. Schaarschmidt - FH-D 6 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 3

4 V2 Embedded Processors MCF5206: Integrated ColdFire Microprocessor MCF5206E: Integrated ColdFire Microprocessor with DMA MCF520X: Integrated ColdFire V2 External Memory and Ethernet Microprocessors MCF5227X: V2 Microcontroller with Touchscreen, LCD Controller and USB MCF523X: Integrated V2 ColdFire Microprocessor MCF524X: Integrated ColdFire Version 2 Microprocessor MCF525X: Integrated ColdFire Version 2 Microprocessor MCF527X: V2 ColdFire Integrated Microprocessor SCF5250: Integrated ColdFire Version 2 Microprocessor V3 Embedded Processors MCF5301x: Low power MPU with dual Ethernet, USB, and audio sub-system MCF530X: Integrated ColdFire Version 3 Microprocessor MCF532X: V3 ColdFire Microprocessor with LCD driver, Ethernet, USB and CAN MCF537X: V3 ColdFire Microprocessor with Ethernet, USB and Encryption V4 Embedded Processors MCF540X: Integrated ColdFire Version 4 Microprocessor MCF5441X: 32-bit microprocessor MCF5445X: 32-bit Microprocessor with USB On-The-Go, Ethernet, PCI, DDR2/DDR controller and Encryption MCF547X: V4e ColdFire Microprocessor with Ethernet and Encryption MCF548X: V4e ColdFire Microcontroller with Ethernet, CAN and Encryption U.G. Schaarschmidt - FH-D 7 Bekannte Einsatzszenarien (neben denen der Subfamilies) D-box 1, Metabox 1000, Hipath 3000 (TK-System von Siemens), HiMatrix von HIMA (Prozesssteuerungsmodule, Spielautomaten von Novomatik, Sicheres ipod Zubehör, USB-Audio-Bridges, PC-Periphereie, High-end remote controls U.G. Schaarschmidt - FH-D 8 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 4

5 V1 ColdFire+ MCU Families [Freescale MCF51JxQxPB.pdf] U.G. Schaarschmidt - FH-D 9 [Freescale ProductSheet] U.G. Schaarschmidt - FH-D 10 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 5

6 [Freescale ProductSheet] U.G. Schaarschmidt - FH-D 11 Ziel Applikationen [Freescale MCF51JxQxPB.pdf] U.G. Schaarschmidt - FH-D 12 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 6

7 Subfamilie ColdFire+ Qx U.G. Schaarschmidt - FH-D 13 [Freescale ProductSheet] Subfamilie ColdFire+ Jx [Freescale ProductSheet] U.G. Schaarschmidt - FH-D 14 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 7

8 U.G. Schaarschmidt - FH-D U.G. Schaarschmidt - FH-D 16 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 8

9 U.G. Schaarschmidt - FH-D U.G. Schaarschmidt - FH-D 18 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 9

10 U.G. Schaarschmidt - FH-D U.G. Schaarschmidt - FH-D 20 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 10

11 U.G. Schaarschmidt - FH-D U.G. Schaarschmidt - FH-D 22 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 11

12 Freescale and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. Freescale Semiconductor, Inc TM U.G. Schaarschmidt - FH-D 23 Flex NVM NonVolatile Memory S. extra Powerpoint-Folien von Freescale The Zen of Nonvolatile Memories July 27, 2006 Paper 47.3 Erwin J. Prinz, Ph.D. Device Engineer U.G. Schaarschmidt - FH-D 24 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 12

13 Flex NVM NonVolatile Memory Freescale s 90nm Thin Film Storage (TFS) flash memory technology with FlexMemory will deliver outstanding performance, value, reliability and low power for next generation industrial and consumer microcontrollers. 90nm Thin Film Storage: split-gate non-volatile memory Industry leading bit-level reliability through revolutionary silicon nanocrystal technology Fast, low-voltage transistors that provide low-power read capability and help satisfy the increasing demands of power-sensitive applications with full flash operation specified down to 1.71 volts Flash access times of >30 nanoseconds; and excellent area efficiency, enabling a rich level of memory and peripheral integration across flash densities, while maintaining optimal MCU cost U.G. Schaarschmidt - FH-D 25 Flex NVM NonVolatile Memory Features FlexMemory is a memory block that can be configured as EEPROM and/or flash memory Combination of TFS flash array (FlexNVM) + SRAM block (FlexRAM) + hardware state machine Fully embedded in the MCU - avoids software complexity and eliminates system resource impact on CPU/flash/RAM of EEPROM emulation schemes Can be accessed simultaneously with the main program memory Can be used for storing additional application program code, data tables or byte write/erase system data U.G. Schaarschmidt - FH-D 26 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 13

14 Flex NVM NonVolatile Memory FlexMemory with EEPROM capability FlexMemory provides simple, cost-effective on-chip EEPROM with class-leading flexibility, performance and endurance. Customer-selected trade-off of quantity of available EEPROM (up to 16KB) and endurance (greater than one million cycles over full temperature and voltage range) Erase + write time of 1.5ms, 5x faster than traditional EEPROM solutions FlexMemory can be used for a variety of purposes including program code storage, storage for data tables or for byte write/erase system data. In all modes it can be accessed simultaneously with the main program memory U.G. Schaarschmidt - FH-D 27 Freescale Kinetis ARM Cortex-M4 K10: Kinetis K10 Low-Power Mixed-Signal MCU K20: Kinetis K20 Low-Power MCU with USB On-The- Go K30: Kinetis K30 Low-Power MCU with Segment LCD K40: Kinetis K40 Low-Power MCU with USB and Segment LCD K50: Kinetis K50 with integrated measurement engine, Ethernet and LCD K60: Kinetis K60 Low-Power MCU with Ethernet and Security U.G. Schaarschmidt - FH-D 28 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 14

15 Freescale Kinetis ARM Cortex-M4 [Freescale Kinetis Portfolio] U.G. Schaarschmidt - FH-D 29 FH Düsseldorf (c) U.Schaarschmidt 15

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