جلسة تعريفية عن متحكمات ARM

1. ‫معالجات‬ ‫عن‬ ‫تعريفية‬ ‫جلسة‬
ARM
‫م‬.‫طويل‬ ‫يحيى‬
Yahya.tawil@gmail.com
1
‫دمشق‬ ‫جامعة‬
‫والكهربائية‬ ‫الميكانيكية‬ ‫الهندسة‬ ‫كلية‬

2. ‫المحتويات‬
•‫شركة‬ ‫عن‬ ‫مقدمة‬ARM.
•‫ومواصفات‬ ‫بنية‬ ‫عن‬ ‫لمحة‬ARM.
•‫معالجات‬ ‫مع‬ ‫التعامل‬ ‫أدوات‬ARM.
•‫المناس‬ ‫والمزود‬ ‫المناسبة‬ ‫العائلة‬ ‫واختيار‬ ‫البدء‬ ‫كيفية‬‫ب‬.
•‫متحكمات‬ ‫إلى‬ ‫أنتقل‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ ‫هل‬ARM 32-bit‫؟‬
•‫المراجع‬.
2

3. 3
‫مقدمة‬

4. 4
•‫صغري‬ ‫متحكم‬ ‫بنية‬MCU‫العامة‬:
microcontrollers

5. 5
•ARM‫المركزي‬ ‫المعالجة‬ ‫وحدة‬ ‫بنية‬ ‫هي‬Architecture
of CPU
ARM processor-based microcontrollers

6. 6
• ARM CPU+ ‫طرفيات‬ = ARM processor-based
microcontrollers
ARM processor-based microcontrollers

7. ‫صنع‬ ‫متحكمات‬ ‫يوجد‬ ‫هل‬? ARM
•‫شركة‬ARM‫تصنع‬ ‫ال‬ ‫شركة‬ ‫هي‬fabless
•‫الخاص‬ ‫المعالج‬ ‫تصميم‬ ‫استخدام‬ ‫حقوق‬ ‫تبيع‬‫بها‬IP Core.
7

8. ‫المعالجة‬ ‫وحدة‬ ‫بنفس‬ ‫مختلفين‬ ‫مصنعين‬!
•‫الصغرية‬ ‫المتحكمات‬ ‫مختلف‬ ‫بين‬ ‫موحد‬ ‫معيار‬.
•‫التنقل‬ ‫سهولة‬Porting‫آلخر‬ ‫صغري‬ ‫متحكم‬ ‫بين‬(‫أقل‬ ‫كلفة‬
–‫أقل‬ ‫تطوير‬ ‫زمن‬.)
•‫ذلك‬ ‫من‬ ‫أكثر‬Architectural level of IP license
StrongARM – Xscale
8

9. Architecture version Processor name
9

10. 10
http://www.arm.com/products/processors/index.php
A:Application
R:Real Time
M:MicroController
Cortex A,R,M ?

11. 11
‫ومواصفات‬ ‫بنية‬ ‫عن‬ ‫لمحة‬
ARM

12. 12

13. 13

14. • ARM ISA :32bit only Instruction.
• THUMB :16bit only Instruction.
• THUMB-2 :16bit and 32bit Instruction.
•ARM Cortex M3‫يدعم‬‫فقط‬THUMB-2
14
ARM,THUMB,THUMB2 ‫التعليمات‬ ‫مجموعة‬

15. ARM,THUMB,THUMB2 ‫التعليمات‬ ‫مجموعة‬
Ref: The Definitive Guide To Cortex M3 Book P.9
15

16. – Modes: Handler*-Thread.
– Privilege levels: Privileged – User.
Ref: The Definitive Guide To Cortex M3 Book P.14
* Handler = interrupt service routine 16
‫والصالحية‬ ‫التشغيل‬ ‫أنماط‬

17. 17
‫هارفرد‬ ‫بنية‬

18. I-BUS
D-BUS
Ref: The Definitive Guide To Cortex M3 Book P.107
18

19. 19

20. Race Condition / exclusive access
CMSIS Lib
Provided Function
Instruction
Ref: The Definitive Guide To Cortex M3 Book
20

21. 21
‫الذاكرة‬ ‫مخطط‬

22. ‫الذاكرة‬ ‫مخطط‬
22

23. Vector
Table
Ref: The Definitive Guide To Cortex M3 Book P.41 & P.35
23

24. Bit Band
• Bitband Region
‫عناوين‬ ‫تحوي‬ ‫الذاكرة‬ ‫من‬ ‫منطقة‬
‫أخرى‬ ‫منطقة‬ ‫بتات‬ ‫فيزيائية‬
Ref: The Definitive Guide To Cortex M3 Book
24

25. ‫الميزات‬ ‫ملخص‬
•‫منفصل‬ ‫للتعليمات‬ ‫مسار‬ ‫يوجد‬ ‫وبالتالي‬ ‫هارفرد‬ ‫بنية‬ ‫استخدام‬‫مسار‬ ‫عن‬
‫نواقل‬ ‫بنية‬ ‫وديناميكية‬ ‫المعطيات‬ARM‫خارجية‬ ‫ذواكر‬ ‫ربط‬ ‫تسمح‬ ‫التي‬
‫أخرى‬ ‫بينية‬ ‫وترابطات‬.
•‫يوجد‬3‫التعليمات‬ ‫مجموعة‬ ‫من‬ ‫أنواع‬:ARM,THUMB,THUMB2
•‫الصالحية‬ ‫من‬ ‫ونوعين‬ ‫التنفيذ‬ ‫أنماط‬ ‫من‬ ‫نمطين‬ ‫يوجد‬(‫أ‬ ‫من‬ ‫يفيد‬‫نظم‬ ‫جل‬
‫التشغيل‬.)
•‫بت‬ ‫كل‬ ‫مستوى‬ ‫على‬ ‫للنفاذ‬ ‫قابلة‬ ‫الذاكرة‬ ‫من‬ ‫منطقتين‬ ‫يوجد‬.
•‫الذاكرة‬ ‫في‬ ‫التوضيع‬ ‫إلعادة‬ ‫قابلة‬ ‫المقاطعة‬ ‫جدول‬.
•‫طرفية‬Systick‫زمنية‬ ‫مقاطعة‬ ‫إلعطاء‬(‫نظم‬ ‫أجل‬ ‫من‬ ‫يفيد‬
‫التشغيل‬/‫المهام‬ ‫جدولة‬scheduling process.)
25

26. 26
‫معالجات‬ ‫مع‬ ‫التعامل‬ ‫أدوات‬ARM

27. Tool-Chain
27

28. ‫الـ‬ ‫أشهر‬Tool-chain‫بـ‬ ‫الخاصة‬ARM
‫المصدر‬ ‫مفتوح‬ ،‫مجاني‬ ‫نسخة‬ ‫يوجد‬ ،‫المصدر،مدفوع‬ ‫مغلق‬
‫البرنامج‬ ‫حجم‬ ‫في‬ ‫محدودية‬ ‫مع‬ ‫مجانية‬
‫المترجم‬
‫نسخة‬ ‫يوجد‬ ،‫مدفوع‬ ،‫المصدر‬ ‫مغلق‬
‫البرنامج‬ ‫حجم‬ ‫في‬ ‫محدودية‬ ‫مع‬ ‫مجانية‬
‫المترجم‬
28

29. IDEs
•‫الـ‬IDE‫مترجم‬ ‫وليس‬ ‫تطوير‬ ‫بيئة‬ ‫هو‬.
• NetBeans based IDEs : MPLABX.
• VisualStudio based IDEs : Atmel Studio.
• Eclipse Based IDEs.
29

30. 30

31. CMSIS Lib
cortex microcontroller software interface standard
Ref: The Definitive Guide To Cortex M3 Book :P.168
31

32. 32

33. ‫متحكمات‬ ‫مع‬ ‫البرمجي‬ ‫التعامل‬ARM
• Bare-Metal embedded C
‫عوائل‬ ‫لكل‬ ‫مناسبة‬ ،‫إضافية‬ ‫ومكونات‬ ‫متطلبات‬ ‫يوجد‬ ‫ال‬ARM
• RTOS (FreeRTOS-uclinux-chibios-…etc)
‫الذواكر‬ ‫من‬ ‫معين‬ ‫حجم‬ ‫توفر‬ ‫تتطلب‬RAM‫لمعظم‬ ‫مناسبة‬ ،
‫التشغيل‬ ‫متطلبات‬ ‫توفر‬ ‫عند‬ ‫العوائل‬
• OS (Android – embedded Linux distro- ..etc)
‫الذاكرة‬ ‫إدارة‬ ‫وحدة‬ ‫تتطلب‬MMU‫مناسبة‬ ،‫وسرعة‬ ‫وذواكر‬
‫لعوائل‬Cortex A.
33

34. ‫المتحكم‬ ‫برمجة‬(‫الذاكرة‬ ‫على‬ ‫البرنامج‬ ‫حرق‬)
34

35. ‫المتحكم‬ ‫برمجة‬(‫الذاكرة‬ ‫على‬ ‫البرنامج‬ ‫حرق‬)
• Atmel -> SPI interface (MOSI,MISO,VCC,Res) ->
internal flash.
• MicroChip -> (VPP,PGD,PGC,GND) -> internal
flash.
• ARM Processor -> Jtag/SWD ->Program+Debug.
35

36. 36
Segger/JlinkOpenOCD based programmers/ using FT2232H
‫محدود‬ ‫الدعم‬ ،‫رخيصة‬ ‫واسع‬ ‫الدعم‬ ،‫غالية‬

37. ‫اإلقالع‬ ‫محمل‬ Bootloader
•‫وحرق‬ ‫التعليمات‬ ‫ملف‬ ‫تلقي‬ ‫عن‬ ‫مسؤول‬ ‫صغير‬ ‫برنامج‬‫على‬ ‫ه‬
‫البرنامج‬ ‫ذاكرة‬.
•‫الـ‬Bootloaders‫منافذ‬ ‫عبر‬ ‫عادة‬ ‫يكون‬:
USB,UART,I2C,…etc
•‫الـ‬ ‫لحرق‬ ‫خارجية‬ ‫مبرمجة‬ ‫الستخدام‬ ‫حاجة‬ ‫هناك‬ ‫يزال‬ ‫ال‬
Bootloader‫مرة‬ ‫أول‬ ‫في‬.
•‫يشحنون‬ ‫الصغيرة‬ ‫المتحكمات‬ ‫مقدمي‬ ‫بعض‬Bootloader
‫مثل‬ ‫به‬ ‫خاصة‬ ‫ذاكرة‬ ‫هناك‬ ‫يكون‬ ‫أو‬ ‫اإلنتاج‬ ‫أثناء‬SAMBA
‫متحكمات‬ ‫في‬ATMEL‫مثل‬AT91SAM7 series
37

38. ‫األدوات‬ ‫ملخص‬
•‫ح‬ ‫الالزمة‬ ‫العمليات‬ ‫وإجراء‬ ‫البرنامج‬ ‫تفسير‬ ‫عن‬ ‫المسؤولة‬ ‫األدوات‬‫تى‬
‫تسمى‬ ‫البرنامج‬ ‫ذاكرة‬ ‫على‬ ‫للبرمجة‬ ‫القابل‬ ‫الملف‬ ‫إنتاج‬Tool-chain.
•‫هناك‬3tool-chain‫لـ‬ ‫بالنسبة‬ ‫مشهورة‬ARM‫وهي‬:GNU GCC-
Keil-IAR
•‫عائلة‬ ‫لكل‬ ‫مرجعية‬ ‫مكتبة‬ ‫يوجد‬Cortex M‫تسمى‬CMSIS.
•‫الخارجية‬ ‫للبرمجات‬ ‫أساسيين‬ ‫نوعين‬ ‫يوجد‬:Jlink-OpenOCD
•‫منفذ‬JTAG‫أو‬SWD‫البرامج‬ ‫وتنقيح‬ ‫لبرمجة‬ ‫يستخدم‬.
38

39. 39
‫استراحة‬

40. 40
‫والمزود‬ ‫المناسبة‬ ‫العائلة‬ ‫واختيار‬ ‫البدء‬ ‫كيفية‬‫المناسب‬

41. 41
1‫عائالت‬ ‫من‬ ‫عائلة‬ ‫اي‬ ‫اختيار‬ARM‫حاجتك‬ ‫تلبي‬

42. 42
1
2
‫عائالت‬ ‫من‬ ‫عائلة‬ ‫اي‬ ‫اختيار‬ARM‫حاجتك‬ ‫تلبي‬
‫في‬ ‫خيارك‬ ‫على‬ ً‫ء‬‫بنا‬ ‫مزود‬ ‫اختيار‬1

43. 43
‫معايير‬ ‫عدة‬ ‫على‬ ‫بناء‬ ‫المزودين‬ ‫بدراسة‬ ‫قم‬:
•‫مناسب‬ ‫توثيق‬ ‫توفر‬.
•‫مناسبة‬ ‫المتحكمات‬ ‫أسعار‬(‫معين‬ ‫منتج‬ ‫تطلق‬ ‫أن‬ ‫تخطط‬ ‫كنت‬ ‫حال‬ ‫في‬)
•‫األم‬ ‫الشركة‬ ‫من‬ ‫مدعومة‬ ‫برمجية‬ ‫تطوير‬ ‫بيئة‬ ‫توفر‬.
•‫البرمجي‬ ‫الدعم‬ ‫توفر‬(‫نسخ‬ ‫توفير‬ ‫أو‬ ‫الطرفيات‬ ‫مع‬ ‫للتعامل‬ ‫مكاتب‬ ‫كتوفير‬‫توزيعات‬
‫لينكس‬...‫إلخ‬.)
•‫تطويرية‬ ‫أدوات‬ ‫توفر‬Kits‫منها‬ ‫لتبدأ‬ ‫مناسة‬.
•‫تعليمية‬ ‫ومصادر‬ ‫ومشاريع‬ ‫مجتمع‬ ‫توفر‬.
2

44. 44
Company Documentation Prices IDE Other Features
FreeScale See
www.mouser.com
Kinetis Design
Studio IDE
•a lot of families(M0-A9),
STM , A9 •a lot of families(M0-A7),Low speed A9
Spansion • M4, M3, M0+ and R4 CPU
NXP , ARM
9
LPCXpress IDE •M0 - M3,ARM9 (Windows CE, Linux)
•There is DIP package
cypress PSoC Creator
IDE
•Cortex M0 only
Nuvoton •Cortex M4,ARM9
HolTech •Cortex M0 - M3
renesas ,
Synergy
Renesas
Synergy™
Platform
•Cortex A9 Low speed,Cortex M3(industrial)
,Cortex R4 ,
•HW-RTOS
RockChips •ARM9, A8-A9,M-3 multi core
Marvell •Verity Families including Xscale (StrongARM
them Intel ARM implemented )
AllWinner
SiliconLab Simplicity
Studio
•M0-M4 Families
•Pin compatibility between families.
Texas
Instuments

45. 45
2

46. 46
2

47. 47
2

48. 48
2

49. 49
2
DIP28 package!
ARM Cortex-M0 processor, running at frequencies of up to 50 MHz
ARM MCU IC
packages
QFN package
QFP package
Break-Out Board

50. 50
1
2
‫عائالت‬ ‫من‬ ‫عائلة‬ ‫اي‬ ‫اختيار‬ARM‫حاجتك‬ ‫تلبي‬
‫في‬ ‫خيارك‬ ‫على‬ ً‫ء‬‫بنا‬ ‫مزود‬ ‫اختيار‬1
3‫المتحكم‬ ‫مع‬ ‫البرمجي‬ ‫تعامل‬ ‫طريقة‬ ‫اختيار‬:‫سي‬ ‫لغة‬–RTOS…

51. 51
1
2
‫عائالت‬ ‫من‬ ‫عائلة‬ ‫اي‬ ‫اختيار‬ARM‫حاجتك‬ ‫تلبي‬
‫في‬ ‫خيارك‬ ‫على‬ ً‫ء‬‫بنا‬ ‫مزود‬ ‫اختيار‬1
3‫المتحكم‬ ‫مع‬ ‫البرمجي‬ ‫تعامل‬ ‫طريقة‬ ‫اختيار‬:‫سي‬ ‫لغة‬–RTOS…
4‫الكيت‬ ‫اختيار‬Kit‫في‬ ‫اختيارك‬ ‫على‬ ً‫ء‬‫بنا‬3‫و‬1.

52. 52
4
NUCLEO - Development Board ~ 10$
Debugger

53. 53
4
Tiva c - Development Board ~ 20$
Debugger

54. 54
4
Pioneer - Development Board (Base Board) ~ 24$
Debugger Header

55. 55
4
EFM32 Gecko – Starter KIT ~ 29$
Debugger,
underscreen

56. 56
4
EFM32 Gecko – developer KIT ~ 309 $

57. 57
1
2
‫عائالت‬ ‫من‬ ‫عائلة‬ ‫اي‬ ‫اختيار‬ARM‫حاجتك‬ ‫تلبي‬
‫في‬ ‫خيارك‬ ‫على‬ ً‫ء‬‫بنا‬ ‫مزود‬ ‫اختيار‬1
3‫المتحكم‬ ‫مع‬ ‫البرمجي‬ ‫تعامل‬ ‫طريقة‬ ‫اختيار‬:‫سي‬ ‫لغة‬–RTOS…
4‫الكيت‬ ‫اختيار‬Kit‫في‬ ‫اختيارك‬ ‫على‬ ً‫ء‬‫بنا‬3‫و‬1.
0‫لمعالجات‬ ‫أنتقل‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ ‫هل‬32‫بت‬?ARM

58. 58
0‫لمعالجات‬ ‫أنتقل‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ ‫هل‬32‫بت‬?ARM
Application layer
(‫اإللكتروني‬ ‫الجهاز‬ ‫وظيفة‬ ‫بأداء‬ ‫الخاص‬ ‫البرمجي‬ ‫الكود‬)
Physical layer
(‫فيز‬ ‫بضبطها‬ ‫الخاص‬ ‫البرمجي‬ ‫والكود‬ ‫المستخدمة‬ ‫اإللكترونية‬ ‫العناصر‬‫ئيا‬)
‫إلكتروني‬ ‫جهاز‬ ‫أي‬ ‫بنية‬

59. 59
0‫لمعالجات‬ ‫أنتقل‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ ‫هل‬32‫بت‬?ARM
Application layer
‫تبني‬ ‫التي‬ ‫الطبقة‬ ‫هذه‬ ‫ليست‬‫العليا‬ ‫الطبقة‬ ‫وإنما‬ ‫ناجح‬ ‫تطبيق‬(‫محدودي‬ ‫حال‬ ‫في‬ ‫إال‬‫ة‬
‫الفيزيائية‬ ‫الطبقة‬)
‫إلكتروني‬ ‫جهاز‬ ‫أي‬ ‫بنية‬

60. 60
0‫لمعالجات‬ ‫االنتقال‬ ‫مزايا‬32‫بت‬?ARM
‫المساوئ‬ ‫المزايا‬
•‫متحكم‬ ‫من‬ ‫أكثر‬ ‫تقنية‬ ‫تفاصيل‬ ‫يوجد‬‫ات‬8
‫بت‬
‫المبتدئين‬ ‫تناسب‬ ‫ال‬ ‫قد‬.
•‫منخفضة‬ ‫أسعار‬
•‫متعددة‬ ‫طرفيات‬
•‫مزويدين‬ ‫من‬ ‫مقدمة‬ ‫متعددة‬ ‫خيارات‬
‫مختلفين‬
•‫االنتقال‬ ‫سهولة‬‫بسبب‬ ‫آلخر‬ ‫مزود‬ ‫من‬
‫النواة‬ ‫نفس‬ ‫استخدام‬(‫والمحد‬ ‫األداء‬ ‫نفس‬‫دات‬
‫بالمعالجة‬ ‫الخاص‬).
•‫التقنية‬ ‫لهذه‬ ‫السوق‬ ‫تبني‬.

61. ‫مهمة‬ ‫مراجع‬
61