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Vorlesung Mikrocontroller Dipl.-Inf. Swen Habenberger WS 09/10.

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Präsentation zum Thema: "Vorlesung Mikrocontroller Dipl.-Inf. Swen Habenberger WS 09/10."—  Präsentation transkript:

1 Vorlesung Mikrocontroller Dipl.-Inf. Swen Habenberger WS 09/10

2 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 2 Inhalt Vorstellung Dozent Vorstellung Kursinhalt Prüfungsmodalitäten Organisatorisches Vorstellung NGW100

3 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 3 Vorstellung Dozent Diplom-Informatiker Swen Habenberger Studium Universität Mannheim Hauptberuf: Softwareingenieur bei Fa. Ramitek Kontakt:

4 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 4 Firma Ramitek Sitz in Grünstadt/Weinstraße Ausgründung Universität Kaiserslautern Fachgebiete Planung und Konstruktion Sensorik und Messtechnik Technische Software Praktikumsplätze, Plätze für Seminar- und/oder Abschlussarbeiten

5 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 5 Technische Software Programmierung in C# Labview C++ mit MFC C Assembler

6 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 6 PumpExpert (Software)

7 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 7 Elektronik-Entwicklung

8 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 8 Anlagensteuerung und -überwachung

9 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 9 Vorstellung Kursinhalt Programmierung eines 32-Bit Mikrocontrollers Programmiersprache C Entwicklungsumgebung: Linux Mikrocontrollerhersteller: Atmel Chip: 32AP7000 Entwicklungsboard: NGW100

10 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 10 2 teiliger Aufbau Vorlesung Theorie Was unterscheidet einen 32-Bit von einem 16- Bit oder 8-Bit Prozessor? Wie liest man Datenblätter? Entscheidungskriterien µC Betriebssystem vs. Native-Programmierung Wahl des richtigen Programmierwerkzeugs Atmel-spezifische Eigenheiten Hacking vs. Programmierung

11 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 11 2 teiliger Aufbau Vorlesung Praxis Programmierung in C Linuxprogrammierung Anwendungen Kernel-Erweiterungen Kernel-Modifikationen Socketprogrammierung Steuerung eines µC via Web-Interface Aufbau von Schaltungen

12 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 12 Webseite Oder SRH E-Learning-Plattform

13 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 13 Prüfungsmodalitäten Klausur: 100 Minuten Oder Seminararbeit inklusiver Präsentation Beides Anfang/Mitte März

14 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 14 Organisatorisches Jeder Teilnehmer soll die gleichen Chancen haben, die selben Resultate zu erzielen. Festlegung Entwicklungsumgebung VMWARE-Image Atmel

15 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 15 Fragen?

16 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 16 NGW100

17 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 17 Atmel NGW100 Two ethernet connectors 32MB SDRAM 16MB on-board flash Expandable memory through SD or MMC memory cards USB connector JTAG connector for debugging or programming of flash JTAG connector Expansion connectors with 63 general purpose IO or peripheal modules from AP7000 Expansion connectorsAP7000 Power system and status LEDs Power systemLEDs Two user controllable LEDsLEDs Footprint for mictor-38 connector for NEXUS emulatorNEXUS

18 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 18 Atmel NGW100 Informationen _card.asp?tool_id=4102 _card.asp?tool_id=4102 Documentation:AVR32_General/ Documentation:AVR32_General/ test.avr32linux.org

19 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 19 Projekte mit NGW100 pirna.de/avr_webserver_projekte.html pirna.de/avr_webserver_projekte.html FPO_es

20 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 20 Fragen?

21 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 21 Benchmark Standardisierter Leistungsvergleich von Prozessoren MIP - Meaningless Indicator of Performance Werbetechnischer Blödsinn Meist Vergleich mit einer Referenzmaschine Die relevante Leistung hängt von der tatsächlichen Anwendung ab

22 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 22 Dhrystone Test Anfang der 80er Jahre entwickelt Referenzmaschine ist VAX11/780 1 VAXMIP = 0,5 MIPS Dhrystone Leistung: 1757 pro Sekunde Wieviel MIPS sind 210 DMIPS? 210 * 0,5 = 105 MIPS 210 * 1757 * 0,5 = Dhrystones

23 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 23 Dhrystone Test Test wurde zunächst in Fortran und Cobol entwickelt Später dann nach Ada portiert Heute ist C der Standard Bestandteile: Einfache Integer Operationen Stringoperationen Logische Entscheidungen Speicherzugriffe

24 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 24 Whetstone Test Hauptsächlich Gleitkomma-Arithmetik Zusätzlich Zugriffe auf Arrays Einfache Integer-Arithmetik Zunächst in Algol, später C und Fortran

25 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 25 Linpack TOP500.org listet die schnellsten bekannten Rechner der Welt Vergleich anhand von MFLOPs MFLOP: Million Floating Point Operations per Second

26 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 26 Benchmark Optimierte Compiler für das jeweilige System verbessern die Performance Fast jeder Hersteller bietet optimierte Varianten für seinen Prozessor an Schlechte Programmierung verlangsamt die Performance Da ist Programmiererfahrung und Kenntnisse des Systems gefragt Funktioniert nur wenn das System auch läuft.

27 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 27 Performance Prozessor besitzt keine Gleitkommaeinheit bzw. numerischen CoProzessor Jede Gleitkommaoperation muss von der CPU ausgeführt werden Mathematische Berechnung mit Gleitkommazahlen führen zu einem dramatischen Geschwindigkeitseinbruch

28 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 28 32bit RISC Was bedeutet die Werbeaussage 32-bit load/store RISC architecture RISC: Reduced Instruction Set Computing 32-Bit: ALU kann 4 Bytes gleichzeitig verarbeiten

29 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 29 RISC vs. CISC Complex Instruction Set Computer Die meisten moderen Desktop CPUs sind CISC Prozessoren mit RISC-Coprozessoren und Zerlegung von CISC-Befehlen in RISC-Befehle (Pentium) Reduced Instruction Set Computer Die meisten embedded-Systeme sind RISC-Prozessoren Problemstellung zum Architekturdesign: Welche Maschinenbefehle sollen implementiert sein? Wie viele Register stehen zur Verfügung

30 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 30 Überlegungen Maschinencode Jeder Befehl braucht einen eindeutigen Operationcode (Opcode) Einfache Prozessoren besitzen meist schon Befehle (6 Bit) 15 Register entsprechen 4 Bits Zugrunde liegende Architektur 1, 2 oder 3 Adressmaschinen

31 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 31 Adressierungsart 1 –Adressmaschine Der Akkumulator wird immer verwendet Mov R1 (Lädt Register 1 in den Akku) Add R2 (Addiert Register 2 zum Wert des Akku) Sto R1 (Speichert das Ergebnis in Register 1)

32 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 32 Adressierungsart 2 –Adressmaschine Mov R1, Akku (Lädt Register 1 in den Akku) Add R2, Akku (Addiert Register 2 zum Wert des Akku) Sto R1, Akku (Speichert das Ergebnis in Register 1) Add R2, R1 (R1=R1+R2) oder R2 = R1 + R2

33 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 33 Adressierungsart 3 –Adressmaschine Add R0, R1, R2 R0 = R1 + R2 oder R0 + R1 = R2

34 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller Bit Byte = 8 Bit Upper Halfword = 16 Bit (2 höchtwertigen Bytes) Lower Halfword = 16 Bit (2 niederwertigsten Bytes) Word = 32 Bit Unterscheidung Big-Endian und Little-Endian

35 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 35 Operationsmodus Direkt / Unmittelbar Register Indirekt Indiziert Die Anzahl der Bits und der Operationsmodus erfordern weitere bits

36 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 36 Befehlssatz Opcode Operationsmodus Operanden

37 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 37 CISC Unterschiedliche Opcodelänge Wichtige Befehle haben Länge von 2 Byte Unwichtige Befehle haben Länge 3 Byte Extrabefehl zum erkennen von Befehl mit 3 Byte notwendig Dekodierprozess langwierig Keine 3-Register Architekturen Register sind teuer

38 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 38 Microcode Hardwareinterpreter zwischen Dekoder und Ausführeinheit Ein Befehl wird ggf. in kleine Einzelbefehle zerlegt Dekrementiere Register und Springe falls Ergbnis 0 ist Erfordert 1-10 Takte je nach komplexität des Befehls

39 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 39 Nutzung von Registern Manche Befehle ermöglichen die implizite Nutzung von Registern Einsparung von Bits beim Befehlssatz in dem bspw. Bei manchen Befehlen mit dem Akku gerechnet wird

40 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 40 RISC Nur einfache Befehle Gleichlange Opcode für alle Befehle Ermöglicht den Einsatz von Pipelines, da Bytes 2-4 immer mit Operanden versehen sind Mehr Register Kein Hardwareinterpreter erforderlich

41 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 41 Architektur AP7 Vom Ansatz RISC-Architektur Hat aber auch CISC-Befehle SIMD-Befehle Befehle für CoProzessor Je mehr Funktionalität auf dem Chip integriert ist, desto eher sind auch Ansätze von CISC zu erkennen

42 9. November 2009Dipl.-Inf Swen Habenberger - VL Mikrocontroller 42 Fragen?


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