1. 32-bitni mikrokontroleri i primena - MS1BMP
2015
Nenad Jovičić

2. Organizacija kursa Predavač: Web: tnt.etf.rs/~ms1bmp
doc. Dr Nenad Jovičić
Web: tnt.etf.rs/~ms1bmp
Projekat 50% ocene
Ispit (50% ocene):
Demonstracija projekta
Diskusija o projektu

3. Projekat
Implementacija jednostavnog hardversko-softverskog sistema/uređaja na Cortex-M3 ili Cortex-M4 razvojnoj platformi.
Projekat ne treba da bude obiman po broju korišćenim periferija, ali treba da bude detaljan u ispitivanju mogućnosti izabranih periferija. Ide se u dubinu a ne u širinu.

4. Razvojni sistemi
STM32VLDiscovery STM32F4Discovery

5. Timeline
U ovom kursu ćemo se baviti kako praktičnom realizacijom projekata koji u sebi sadrže Cortex mikrokontroler, tako i specifičnim teorijskim aspektima ove tehnologije.
Gruba struktur kursa:
Uvod u Cortex tehnologije.
Pisanje softvera po CMSIS standardu.
Detaljno proučavanje hardverskih sklopova STM Cortex mikrokontrolera.
Napredne tehnike debagovanja
Arhitektura Cortex mrikrokontrolera
Cortex u DSP aplikacijama
OS na Cortex platformi

6. Projekat - rokovi
danas – Prikupljanje predloga projekata.
Izveštaj 1. - Idejno rešenje.
– Definisanje spiska potrebnih komponenti.
Izveštaj 2. - Dizajn hardvera na nivou električne šeme. Dizajn softvera na nivou osnovnih softverskih blokova i dijagrama toka.
– Nabavka komponenti.
– Realizacija/finalizacija projekta.
Ispitni rok januar 2015 – Finalni izveštaj.

7. Literatura - knjige
ARM System-on-Chip Architecture, Steve Furber, Addison-Wesley, 2000.
ARM System Developer's Guide: Designing and Optimizing System Software, Andrew N. Sloss, Dominic Symes, Chris Wright and John Rayfield, Elsevier, 2004.
The Definitive Guide to ARM® Cortex®-M3 and Cortex®-M4 Processors, Third Edition, Joseph Yiu, Elsevier, 2013.

8. Literatura – ARM-ova dokumentacija
ARMv7-M Architecture Reference Manual (ARM DDI 0403)
ARM Cortex-M3 Integration and Implementation Manual (ARM DII 0240)
ARM AMBA® 3 AHB-Lite Protocol (v1.0) (ARM IHI 0033)
ARM AMBA™ 3 APB Protocol Specification (ARM IHI 0024)
AMBA® 3 ATB Protocol Specification (ARM IHI 0032)
ARM CoreSight™ Components Technical Reference Manual (ARM DDI 0314)
ARM Debug Interface v5 Architecture Specification (ARM IHI 0031)
ARM Embedded Trace Macrocell Architecture Specification (ARM IHI 0014).
IEEE Standard Test Access Port and Boundary-Scan Architecture (JTAG).
...

9. ARM
Holding osnovan 1990 godine, kao zajedničko preduzeće kompanija Accorn, Apple i VLSI Technology.
ARM ne proizvodi čipove već se bavi dizajnom arhitekture i procesora, tj. IP-a.
Skoro svi vodeći proizvođači elektronskih komponenti otkupljuju licence od ARMa i na osnovu njih proizvode svoje varijante mikrokontrolera i mikroprocesora.
Osnovna ideja je da procesorsko jezgro bude standardizovano (ARM), a da svaki proizvođač dodaje svoje specifične periferije.

10. ARM partneri

11. Aplikacije

12. Najmanji ARM računar
Wirelessly networked into large scale sensor arrays
Wireless Sensor Network
Sensors, timers
Cortex-M0 +16KB RAM 65nm
UWB Radio antenna
10 kB Storage memory ~3fW/bit
12µAh Li-ion Battery A B C
University of Michigan
Cortex-M0; 65¢

13. Najveći ARM računar 2.5km 4200 ARM powered Neutrino Detectors
70 bore holes 2.5km deep
60 detectors per string
starting 1.5km down
1km3 of active telescope
2.5km
1km
Work supported by the National Science Foundation and University of Wisconsin-Madison

14. Udeo na tržištu 2012.

15. Planovi za 2017.

16. Kako ARM posluje?

17. Kakve sve licence postoje?

20. ARM – evolucija arhitektura
ARM se sve do v7 arhitekture razvijao kao high-end 32-bitna arhitektura namenjena zahtevnim aplikacijama.
Od v7 arhitekture napravljena je podela na tri segmenta od kojih je nama interesantan mikrokontrolerski segment M3

22. Cortex familije ARM Cortex-A family (v7-A):
...2.5GHz
ARM Cortex-A family (v7-A):
Applications processors for full OS and 3rd party applications
ARM Cortex-R family (v7-R):
Embedded processors for real-time signal processing, control applications
ARM Cortex-M family (v7-M):
Microcontroller-oriented processors for MCU and SoC applications
x1-4
Cortex-A15
x1-4
Cortex-A9
Cortex-A8
x1-4
Cortex-A5
Cortex-R4
SC300™
Cortex™-M3
Cortex-M1
12k gates...
Cortex-M0

23. Cortex familije
AMBA AXI interface je napredni interfejs prema sistemskoj magistrali
Neon je vrsta koprocesora nemenjenog za SIMD (single instruction multiple data) instrukcije.
VFP je koprocesor za Floating point instrukcije
Dual Issue je tehnika koja omogućava paralelno izvršavanje dve instrukcije.
• A Profile (ARMv7-A): Application processors which are designed to handle complex applications
such as high-end embedded operating systems (OSs) (e.g., Symbian, Linux, and Windows
Embedded). These processors requiring the highest processing power, virtual memory system
support with memory management units (MMUs), and, optionally, enhanced Java support and a
secure program execution environment. Example products include high-end mobile phones and
electronic wallets for financial transactions.
• R Profile (ARMv7-R): Real-time, high-performance processors targeted primarily at the higher end
of the real-time market—those applications, such as high-end breaking systems and hard drive
controllers, in which high processing power and high reliability are essential and for which low
latency is important.
• M Profile (ARMv7-M): Processors targeting low-cost applications in which processing efficiency is
important and cost, power consumption, low interrupt latency, and ease of use are critical, as well
as industrial control applications, including real-time control systems.

24. ARM Cortex-M3/M4 tehnologije
Svaka od Cortex-M serije procesora je specifična, ali poseduje i sledeće zajedničke karakteristike:
 RISC procesorsko jezgro 
Thumb-2® instukcijski set
32-bit CPU
Predvidiv rad
3-stepena protočna obrada 
Kompromis između 16/32-bitnih instrukcija
3x manja veličina koda nego kod 8-bitnih platformi
Bez negativnog uticaja na performanse
Modovi rada sa smanjenom potrošnjom
Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC)
Integrisani modovi rada
Više modova potrošnje
Softverska kontrola
Malo kašnjenje servisiranja prekida
Bez potrebe za programiranjem u asembleru 
Servisne rutine u C kodu
 Alati i RTOS
Podrška za debagovanje
Široka lepeza alata
Cortex Microcontroller Software Interface Standard
Software reuse podrška
 JTAG ili 2-pin Serial Wire Debug
Podrška za višeprocesorki rad
Debagovanje u realnom vremenu

25. Cortex-M3/M4 osnovne karakteristike
Arhitektura
ARMv7-M (Harvard)
Instrukcijski set
Thumb® / Thumb-2
Protočna obrada
3-stepena + spekulacija skoka
Dhrystone test
1.25 DMIPS/MHz
MPU
Optional 8 region
Prekidi
NMI + 1 to 240 physical interrupts
Kašnjenje prekida
12 taktnih ciklusa
Kašnjenje gnježdenja prekida
6 taktnih ciklusa
Nivoi prioriteta prekida
8 do 256 nivoa prioriteta
Prekidni kontroler
Do 240 prekida
Redukcija potrošnje
Sleep/deep sleep modovi rada
Bit-operacije
Integrisane instrukcije (atomske)
Posebne instrukcije
HW deljenje (2-12 ciklusa) & množenje (32x32) 1 ciklus.
Podrška za debagovanje
Opciono JTAG & Serial-Wire Debug portovi.

26. Novo – Cortex-M7

27. Cortex-M7 osnovne novine
6-stage pipeline
AXI (advanced extensible interface) magistrala
Keš za podatke i instrukcije prema AXI magistrali
64-bitne magistrale
ITCM - Instruction thightly coupled memory
DTCM – Data thightly coupled memory
I dalje podržan AHB interfejs zbog kompatibilnosti

28. Minimalna mikrokontrolerska konfiguracija

29. Mikrokontroler sa eksternom memorijom

30. STM32F746Discovery