Vorlesung 1 (SS07 - Institut für Elektronik, TU-Graz
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Vorlesung 1 (SS07 - Institut für Elektronik, TU-Graz
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HINTERBERGER M. 2007<br />
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LV-Nr. LV Nr. 439.026<br />
SS2007<br />
BIT<br />
MIKROPROZESSOR<br />
PROGRAMMIERUNG<br />
VORLESUNG
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VORTRAGENDER: MICHAEL HINTERBERGER<br />
EMAIL: michael.hinterberger@tugraz.at<br />
Telefon: 0316 / 873 – 8036<br />
TECHNISCHE UNIVERSITÄT GRAZ<br />
4390 <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Elektronik</strong><br />
8010 <strong>Graz</strong>, Inffeldgasse 12<br />
Zimmer: HF-EG124 Erdgeschoss<br />
Sprechstunde: Nach Vereinbarung<br />
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PRÜFUNG<br />
Mittwoch 20.06.2007<br />
Ort: HS i2<br />
Zeit: 8.30 – 10.00 Uhr<br />
Modus: schriftlich<br />
weitere Termine auf Anfrage<br />
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LABORÜBUNG<br />
Anmeldung im <strong>TU</strong>G-Online<br />
<strong>TU</strong>G Online<br />
Übungsleiter: Nöhammer Stefan<br />
Termine: nach Pfingsten<br />
(Zeitraum 30.Mai bis 6. Juni)<br />
Gruppe besteht aus<br />
2-3 3 Personen pro Arbeitsplatz<br />
Gruppenliste<br />
Anmeldung bis 23.04.2007<br />
Zeitdauer: 8.30 – 18.00 Uhr<br />
Übungsinhalt: Praktisches<br />
Programmieren mit einem<br />
Mikrocontrollersystem<br />
(Schrittmotoransteuerung)<br />
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ZIELE DER LEHRVERANSTAL<strong>TU</strong>NG<br />
Entwicklungen in der Halbleitertechnik<br />
Grundkenntnisse über Mikroprozessoren/Mikrocontroller<br />
Vermittlung von Kenntnissen über Mikrocontroller in der industriellen<br />
industriellen<br />
<strong>Elektronik</strong><br />
„Embedded Embedded Systems“ - Auswahlkriterium <strong>für</strong> Mikrocontrollersysteme<br />
Prozessor Klassifikation 8-Bit 8 Bit / 16-Bit 16 Bit / 32Bit Prozessoren<br />
DSP / FPGA / ASIC<br />
Grundlagen über Bussysteme und Kommunikation mit analogen<br />
Schaltkreisen<br />
Softwareentwicklung mit C <strong>für</strong> „Embedded<br />
„ Embedded Systems“<br />
Verstehen von praktischen Applikationsbeispielen (C167)<br />
Qualitative Softwareentwicklung – Fehlerquellen beim Softwaredesign<br />
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LITERA<strong>TU</strong>R und INFOs<br />
HOMEPAGE<br />
http://www.ife.tugraz.at<br />
→ Mikroprozessor-Programmierung<br />
Mikroprozessor Programmierung<br />
<strong>Vorlesung</strong>sfolien<br />
Laborunterlagen/Laboreinteilung<br />
Demo-Software<br />
Demo Software<br />
→ Keil Development Tool µVision3 Vision3<br />
Manuals<br />
Datenblätter<br />
Datenbl tter<br />
Applikationsnoten<br />
Videos<br />
u.v.m.<br />
u.v.m<br />
Empfohlene FACHBÜCHER:<br />
Taschenbuch Mikroprozessortechnik<br />
Fachbuchverlag Leipzig, 3. Auflage<br />
ISBN 3-446 3 446-22072 22072-0<br />
Handbuch des 80C166<br />
1.Auflage Reiner Johannis<br />
ISBN 3-8009 3 8009-4203 4203-8<br />
C <strong>für</strong> Mikrocontroller<br />
2. Auflage Franzis, Burkhard Mann<br />
ISBN 3-7723 3 7723-4156 4156-X<br />
Das 80C166er Lehrbuch<br />
1. Auflage Karl Heinz Domnick, Domnick,<br />
Elektor- Elektor<br />
Verlag, Verlag,<br />
ISBN 3-89576 3 89576-088 088-9<br />
Mikrocontroller<br />
Experimentierhandbuch<br />
Franzis Verlag, Meinrad Goetz<br />
ISBN 3-7723 3 7723-5005 5005-4<br />
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Gliederung der Lehrveranstaltung<br />
Teil1<br />
Einführung und Motivation<br />
– Der Einsatz von Mikroprozessoren<br />
– Mikroprozessoren/Mikrocontroller Herstellerüberblick<br />
– Historische Entwicklung<br />
– Ein Chip entsteht … Video<br />
– Entwicklung der Intel Prozessoren<br />
– Vorführung bzw. Demonstration diverser Mikrocontroller- Mikrocontroller StarterKits<br />
Grundlagen der Mikroprozessortechnik<br />
– Begriffsdefinitionen<br />
– Central Processing Unit (CPU), Register, Arithmetisch-logische Arithmetisch logische Einheit (ALU), Flags, Steuerwerk …<br />
– Systembus, Adressbus, Datenbus, Steuerbus …<br />
– Wartezyklen, Zeitmultiplexe Bussignale<br />
– Mikrocontrollerarchitekturen (Von- (Von Neumann Architektur, Harvard Architektur)<br />
– Maschinenbefehle<br />
– Ablauf der Befehlsabarbeitung<br />
– Befehls-Pipeline<br />
Befehls Pipeline<br />
– Adressierungsarten<br />
Mikrocomputersysteme auf einem Chip → Mikrocontroller<br />
– Begriffsdefinitionen<br />
– CISC- CISC und RISC Cores<br />
– Businterfaces<br />
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Gliederung der Lehrveranstaltung<br />
Digitale Signalprozessoren DSP<br />
– Begriffsdefinitionen<br />
– Gegenüberstellung Gegen berstellung DSP - µC C<br />
– Konvergente Prozessoren<br />
Teil2<br />
Embedded Systems - Auswahlkriterien <strong>für</strong> f r Mikroprozessoren/Mikrocontroller<br />
– Preis/Leistung (niedrige Gesamtkosten ↔ hohe Rechenleistung)<br />
– Entwicklungsumgebung<br />
– „Time Time to Market“ Market<br />
– Energieverbrauch<br />
– Platzbedarf<br />
– ....<br />
Speicherorganisation und Halbleiterspeicher<br />
– ROM<br />
– PROM/OTP (One Time Programmable)<br />
Programmable<br />
– EPROM (Erasable ( Erasable Programmable ROM)<br />
– EEPROM ( Electrically EPROM)<br />
– Flash Speicher<br />
– SRAM (Statischer RAM)<br />
– DRAM (Dynamischer RAM)<br />
– …<br />
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Gliederung der Lehrveranstaltung<br />
Periphere Systemkomponenten<br />
– Interrupt System<br />
– Externer Bus<br />
– Parallele Ports<br />
– Serielle Ports<br />
– Timer – Einheit (GPT)<br />
– Capture/Compare<br />
Capture Compare Einheit (CAPCOM)<br />
– Analog/Digital Umsetzer<br />
– Digital/Analog Umsetzer<br />
– PWM Module<br />
– Reset – Watchdog<br />
– Stromsparmodi<br />
Bussysteme<br />
– CAN Bus<br />
– I²C C BUS<br />
– USB Bus<br />
– ….<br />
Teil3<br />
Einführung Einf hrung in die „embedded embedded“ C-Programmierung<br />
Programmierung<br />
– Aufbau und Struktur eines eines C Programms<br />
– Assembler/Linker<br />
– C-Compiler Compiler <strong>für</strong> f r Mikrocontroller<br />
– Programmentwicklung und Debugging/Simulation<br />
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Gliederung der Lehrveranstaltung<br />
Detaillierte Analyse eine 16-Bit 16 Bit Mikrocontrollers<br />
– SAB-C16x SAB C16x Mikrocontroller der Firma Infineon<br />
Teil4<br />
Demonstration mehrerer Applikationsbeispiele auf einem realen realen Mikrocontrollersystem Mikrocontrollersystem<br />
(C167)<br />
– Datenausgabe auf serielle Schnittstelle RS232<br />
– Temperaturmessung<br />
– Periodendauermessung<br />
– PMW<br />
– Multiplexen von 7-Segement<br />
7 Segement-Anzeigen Anzeigen<br />
– Software <strong>für</strong> eine statusorientierte Maschine<br />
– ….<br />
Softwareentwicklung<br />
– Software-Engineering<br />
Software Engineering<br />
– Software <strong>für</strong> Embedded Systems<br />
– Programmiersprachen <strong>für</strong> Embedded Systems<br />
– Programmierstil ↔ Programmentwurf/-design<br />
Programmentwurf/ design<br />
– Fehlerquellen bei der Softwareentwicklung<br />
Entwicklungstrends<br />
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Der Einsatz von Mikroprozessoren<br />
Leistungsstarke Großrechner<br />
Globale Vernetzung<br />
Mobile Systeme mit<br />
sehr geringem<br />
Energieverbrauch<br />
Drahtlose Kommunikation<br />
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Der Einsatz von Mikroprozessoren<br />
MOTORSTEUERUNG<br />
STEUERGERÄTE<br />
FAHRZEUGTELEMATIK<br />
FAHRZEUGSIMULATION<br />
FAHRZEUGSICHERHEIT<br />
PARKASSISTENTEN<br />
SICHERHEITSASSISTENTEN<br />
CRASH-TESTS<br />
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Der Einsatz von Mikroprozessoren<br />
•UNTERHAL<strong>TU</strong>NGSELEKTRONIK<br />
•INTERNET APPLIKATIONEN<br />
•VIDEOSPIEL- KONSOLEN<br />
•MESSTECHNIK<br />
•DIGITALKAMERAS<br />
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Der Einsatz von Mikroprozessoren<br />
MEDIZINTECHNIK<br />
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Der Einsatz von Mikroprozessoren<br />
INDUSTRIEELEKTRONIK<br />
ENERGIEGEWINNUNG<br />
VOLLAUTOMATISCHE HEIZANLAGEN<br />
LANDWIRTSCHAFT<br />
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Der Einsatz von Mikroprozessoren<br />
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µP/µC Herstellerüberblick<br />
WELCHER HERSTELLER ?<br />
WELCHER µP/µC ?<br />
8-BIT / 16-BIT / 32-BIT / 64-BIT<br />
Digitale Signalprozessoren<br />
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HISTORISCHE ENTWICKLUNG<br />
Erste Schritte ….<br />
1945<br />
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HISTORISCHE ENTWICKLUNG<br />
1979<br />
1965<br />
1985<br />
1954<br />
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HISTORISCHE ENTWICKLUNG<br />
Beispiele <strong>für</strong> die Markteinführung von Mikroprozessoren bis 1985<br />
Transputer … <strong>für</strong> Einsatz bei leistungsfähigen Mehrprozessorsystemen<br />
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HISTORISCHE ENTWICKLUNG<br />
STAMMBAUM DER µP/µC/DSP Entwicklung<br />
MP … Mikroprozessor<br />
MC … Mikrocontroller<br />
DSP … Digitaler Signalprozessor<br />
RISC … Reduced Instruction Set Computer<br />
CISC … Complex Instruction Set Computer<br />
Superskalartechnik … Nutzung der parallelen<br />
Befehlsausführung<br />
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INTEGRATIONSGRAD<br />
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Entwicklung der Halbleitertechnik<br />
Integration der letzten Jahrzehnte<br />
ARITHMETISCHE FUNKTIONEN<br />
LOGIKFUNKTIONEN<br />
TRANSISTOR<br />
TECHNOLOGIE<br />
CORE<br />
ZEIT<br />
CHIP<br />
LOGIKBLÖCKE ARCHITEK<strong>TU</strong>R<br />
OPTIMIERUNG<br />
SYSTEM<br />
ASIC/FPGA SYSTEM-ON-CHIP<br />
ASIC ….Application Specific Integrated Circuit<br />
FPGA …. Field Programmable Gate Array<br />
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Ein Chip entsteht …<br />
VIDEO<br />
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Die Entwicklung der Intel Prozessoren<br />
4 Bit Generation (1970-1972)<br />
Intel 4004 (15. November 1971)<br />
•4 KByte Adressraum (12 Bit)<br />
•740 kHz Taktfrequenz<br />
•60.000 4 Bit Instruktionen pro Sekunde)<br />
•2250 Transistoren<br />
•Insgesamt 46 Befehle<br />
8 Bit Generation (1972-1978)<br />
Intel 8080 (1. April 1974) (2-3.125 MHz)<br />
-64 Kilobyte Adressraum<br />
-6000 Transistoren<br />
-56 Befehle<br />
- 2.5 MHz erreichte 290.000 Befehle pro Sekunde<br />
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16 Bit Generation (1978-1985)<br />
Intel 8086 (8.6.1978) (4-12 MHz)<br />
-Taktfrequenz 4-12MHz<br />
-29000 Transistoren<br />
-leistet 800000 Instruktionen/sec<br />
-Adressraum 1 MB (Aufteilung auf 64KByte Fenster)<br />
Die Entwicklung der Intel Prozessoren<br />
80186 (1981)<br />
80286 (1.2.1982) (6-20 MHz)<br />
-Taktfrequenz 20 MHz<br />
-800.000 Befehle pro Sekunden<br />
-Interrupt Controller<br />
-DMA Controller<br />
-Adressraum auf durchgehende 16 MB<br />
-Taktfrequenz 6-20MHz<br />
-134.000 Transistoren<br />
-1.6 Millionen Instruktionen bei 6 MHz<br />
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Die Entwicklung der Intel Prozessoren<br />
32 Bit Generation (1985-200x)<br />
80386 (17. Oktober 1985) (16-33 MHz)<br />
-Taktfrequenz 16-33 MHz<br />
-275000 Transistoren<br />
-6 MIPS<br />
-386er war erster 32 Bit Prozessor von Intel<br />
-Adressraum 4GB<br />
80486 (10. April 1989, 25-100 MHz)<br />
Pentium (22. März 1993) (60-233 MHz)<br />
-Taktfrequenz 25-100 MHz<br />
-1.2 Millionen Transistoren<br />
-20 MIPS<br />
-fünfstufige Pipeline<br />
-Erweiterung von Cache, der seit dem<br />
386 notwendig war. 8 KByte waren auf<br />
dem Prozessor integriert<br />
-Coprozessor integriert<br />
-Taktfrequenz 60 MHz - 233 MHz<br />
-100 MIPS<br />
-3.2 Millionen Transistoren<br />
-4.5 Millionen beim Pentium MMX<br />
-Datenbus wurde von 32 auf 64 Bit<br />
-Cache 16 KByte<br />
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Die Entwicklung der Intel Prozessoren<br />
32 Bit Generation (1985-200x)<br />
Pentium II (7. Mai 1997)<br />
-Taktfrequenz: 233-450 MHz<br />
-7.5 Millionen Transistoren (ohne<br />
Cache, 0.25 µm Prozess)<br />
-466 MIPS<br />
Pentium 4 (November 2000)<br />
Pentium III (1999)<br />
-Taktfrequenz > 1400 MHz<br />
-42 Millionen Transistoren<br />
-Cache bis 1 MByte<br />
- ca. 4200 MIPS<br />
-Taktfrequenz bis 1.2 GHz<br />
-1000 MIPS<br />
-Transistorzahl 9.5 Millionen<br />
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Moore‘s Gesetz<br />
Moore`s Gesetz, in den<br />
60er-Jahren des<br />
vorigen Jahrhunderts<br />
von Ex-Intel-Chef<br />
Gordon Moore<br />
aufgestellte Behauptung:<br />
"Die Leistung von<br />
Computerchips<br />
verdoppelt sich etwa alle<br />
18-24 Monate."<br />
Tatsächlich hat das<br />
Gesetz bis heute<br />
Gültigkeit und Experten<br />
gehen davon aus,<br />
daß sich Moore`s Law<br />
noch bis mindestens<br />
2015 bestätigen wird<br />
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Mikrocontroller- Mikrocontroller StarterKits<br />
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