Giáo trình Môn Hệ Nhúng - Chương 6: Giới thiệu công nghệ mới - Phạm Văn Thuận

Hệ nhúng 346 Nội dung chương 6 Chương 6: Giới thiệu công nghệ mới 6.1. Công nghệ FPGA 6.2. Công nghệ FPAA 6.3. Công nghệ PSOC Hệ nhúng 6.1. Công nghệ FPGA  FPGA: công nghệ thiết kế IC số chuyên dụng (ASIC – Application Specific IC): vi điều khiển, IC xử lý tín hiệu số, IC điều khiển LCD  FPGA (Field Programmable Gate Arrays): • Chip FPGA là một chip “trắng”, bên trong gồm các mảng cổng logic và phần tử nhớ cơ bản (flip-flop, AND, OR, XOR, NOT) • Các cổng sẽ được liên kết với nhau để tạo thành các IC chuyên dụng • Cho phép lập trình (sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng – HDL) để tạo ra các cấu hình, liên kết, kết nối các cổng trong chip FPGA 347 Hệ nhúng Trước khi có công nghệ FPGA 348 Thiết kế mạch thực thi các hàm logic -Mỗi mạch cần thiết kế bao gồm các cổng logic và các flip- flops -Sử dụng các phương pháp tối giản hóa để đơn giản mạch thực thi Chỉ phù hợp cho thiết kế nhỏ Hệ nhúng Trước khi có công nghệ FPGA 349 Thiết kế theo sơ đồ nguyên lý -Cải tiến cho phương pháp thiết kế sử dụng hàm logic. -Ngoài các cổng logic, các flip-flops, cho phép sử dụng thêm các môđun có sẵn -Giao diện đồ họa Không khả thi cho các thiết kế lớn Hệ nhúng Ưu, nhược điểm của các phương pháp cũ Ưu điểm:  Dễ áp dụng Nhược điểm của thiết kế  Qua thiết kế chỉ cho thấy được kết nối vật lý trong mạch mà không cho thấy chức năng của mạch  Gặp khó khăn khi thiết kế các mạch phức tạp Hệ nhúng Khi có FPGA và HDL HDL (Hardware Design Language): ngôn ngữ thiết kế phần cứng Cho phép thiết kế các mạch phức tạp. Đọc thiết kế có thể thấy được chức năng của mạch dễ dàng hơn. Hệ nhúngCopyright (c) 10/2006 352 Các bước thiết kế IC số sử dụng FPGA & VHDL  Bước 1: Viết mã VHDL (Register Transfer Level)  Bước 2: Tổng hợp • Biên dịch mã VHDL thành Netlist • Tối ưu Netlist (về tốc độ/diện tích) – mô phỏng thiết kế  Bước 3: Xếp chỗ và nối dây • Dùng phần mềm tạo layout cho chip PLD/FPGA hoặc các mặt nạ cho ASIC Hệ nhúng Quy trình thiết kế Viết mã HDL Tổng hợp Mô phỏng về chức năng Gán chân Phân tích và mô phỏng về thời gian Chuyển thiết kế lên chip thật Hệ nhúng Thiết kế sử dụng ngôn ngữ VHDL 354 Hệ nhúng 6.2. Công nghệ FPAA  FPAA: công nghệ thiết kế IC tương tự chuyên dụng (ASIC – Application Specific IC): bộ lọc, khuếch đại, thu thập số liệu .  FPAA (Field Programmable Analog Arrays): • FPAA bao gồm một số khối CAB (Configurable Analog Block), mỗi CAB bao gồm 1 bộ khuyêch đại thuật toán, 1 mảng các tụ lập trình được và 1 mảng điện trở lập trình được và một hệ thống các chuyển mạch • Các phần tử sẽ được liên kết với nhau để tạo thành các IC tương tự chuyên dụng • Cho phép lập trình (sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng AMS- VHDL - Analog Mixed Signal VHDL) để tạo ra các cấu hình đi dây, liên kết, kết nối các phần tử trong chip FPAA 355 Hệ nhúng Cấu tạo chip FPAA 356 Bên trong 1 chip FPAA Hệ nhúng Cấu tạo CAB 357 Bên trong một khối CAB Hệ nhúng Thiết kế IC tương tự sử dụng schematic 358 Thiết kế trên phần mềm Anadigm Designer 2 Hệ nhúng Thiết kế sử dụng ngôn ngữ AMS-VHDL 359 Hệ nhúng 6.3. Công nghệ PSOC  PSoC (Programmable System On Chip): hệ thống khả trình trên một chip  Cho phép thay đổi cấu hình của chip bằng cách thay đổi chức năng cho các khối tài nguyên có sẵn trên chip  Cho phép kết nối mềm dẻo giữa các khối chức năng với nhau và giữa các khối chức năng và các cổng vào ra  Cho phép tạo ra các vi điều khiển có cấu hình và sơ đồ chân theo yêu cầu 360 Hệ nhúng Cấu tạo chip PSoC  Các khối ngoại vi số và tương tự có thể lập trình được  Một bộ vi xử lý + bộ nhớ chương trình (EEPROM) + bộ nhớ RAM  Chip PSoC phổ biến của hãng Cypress 361 Hệ nhúng 362 Hệ nhúng Cấu tạo chip PSoC CY8C27xx  Bộ vi xử lý kiến trúc Harvard • Tần số tối đa 24Mhz  Ngoại vi (có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp) • Ngoại vi tương tự ADC (có thể lên tới 14bit) DAC (có thể lên tới 9 bit) Bộ khuếch đại lập trình được Bộ lọc và so sánh lập trình được • Ngoại vi số 363 Hệ nhúng Cấu tạo chip PSoC CY8C27xx  Ngoại vi số: • Bộ đếm, định thời • Khối điều chế độ rộng xung • UART • SPI • I2C • 364 Hệ nhúng Môi trường phát triển  Công cụ PSoC Designer: giao diện kéo thả trực quan  Chip PSoC của hãng Cypress  Mạch nạp chuyên dụng 365 Hệ nhúng PSoC Designer 366 Hệ nhúng 367 Thảo luận