Članek predstavlja uvod v ARM Cortex-M4 arhitekturo procesorjev. V seriji člankov bomo spoznavali možnosti povezav zunanje periferije z razvojno ploščico STM32F4-Discovery, ki je med domačimi razvojnimi projekti zelo popularna. Prvi iz serije člankov podaja lastnosti razvojne plošče in vzpostavitev integriranega razvojnega okolja, s katerim bomo v nadaljevanju razvijali in razhroščevali programsko kodo.
Prestavitev razvojne plošče in postavitev razvojnega okolja
ARM arhitektura
Če samo na kratko prestavimo ARM arhitekturo, lahko najprej omenimo, kaj se skriva za kratico ARM. ARM pomeni Advanced RISC Machine, torej sistem z okrnjenim naborom inštrukcij (RISC – Reduced Instruction Set Computer). Arhitektura že od samega začetka temelji na 32-bitni procesni arhitekturi, kjer so pri pilotnem razvoju arhitekture upoštevali predvsem čim nižji latentni čas prekinitev pri minimalni porabi energije [1].
Tudi danes mikroprocesorji osnovani na ARM arhitekturi poganjajo večino prenosnih naprav (mobilni telefoni, tablice, fotoaparati, itd.). Te delimo v tri večje sklope, in sicer A kot aplikacijski profil, ki predstavlja zmogljive procesorje največkrat najdene v pametnih telefonih, tablicah, netbookih (znana sta predvsem Cortex-A8 in A9). Naslednji sklop nosi oznako R, kjer oznaka R označuje aplikacije strogega sprotnega časa (Real-Time). To vrsto procesorjev najpogosteje srečamo v avtomobilski industriji, v krmilnikih trdih diskov, njihova posebnost pa je neposredna bližina spomina k procesorskem jedru, kar omogoča hitre dostope do podatkov in inštrukcij. V zadnjo skupino profilov spada profil M kot mikrokrmilnik in označuje majhne procesorje, ki jih najdemo predvsem v aplikacijah ugnezdenih sistemov, interakciji med človekom in napravo, nadzoru raznih avtomobilskih in omrežnih sistemov in še bi lahko naštevali [2].
Brez poglabljanja v detajle omenimo prednosti Cortex-M4 arhitekture. Najpomembnejši med njimi je NVIC (Nested Vectored Interrupt Controller) vektor, ki je dizajniran za nizkolatentne čase, učinkovitost in nastavljivost. K temu pripada še WIC (Wakeup Interrupt Controller), ki skrbi za prehajanje v stanje spanja, v katerem mikrokrmilnik porabi izjemno malo energije, in hitro zbujanje mikrokrmilnika, kjer imamo v ta namen definirane določene prekinitve. Ta arhitektura podpira zgoščene ukaze Thumb2, kjer se kombinirajo 16- in 32-bitne inštrukcije, s tem pa je mogoče izvesti več inštrukcij v enem ciklu. Cotrex-M4 arhitektura je opremljena tudi z dodatnimi CPU inštrukcijami, ki jih s pridom uporabljamo pri digitalni obdelavi signalov (DSP razširitev). Zadnja zelo dobra lastnost te arhitekture je strojna podpora preračunavanja števil s plavajočo vejico, kar je zelo dobra kombinacija z DSP inštrukcijami.
Razvojna plošča STM32F4-Discovery
Pri spoznavanju Cortex-M4 arhitekture in načina programiranja bomo uporabljali cenovno ugodno razvojno ploščo z imenom STM32F4-Discovery [3], ki je na voljo že za okoli $15 ali manj kot 15€. Dobro je, če poznate kakšno lokalno prodajalno elektronskih komponent, ki le-te naročuje od večjih multinacionalk, kot so Farnell ali RS Components, saj se po dogovoru z njim lahko izognete plačilu poštnine. Razvojna plošča je za svoj cenovni razred izjemno zmogljiva (naj povemo, da je cena samega procesorja le 1-2€ nižja od cene razvojne plošče), in je zelo primerna za kakšne domače projekte ali za učenje osnov različnih povezav z eksterno periferijo ali senzorji. Slika 1 prikazuje razvojno ploščo, na kateri so vidni tudi vsi GPIO pini oz. nožice in drugi priključki.
STM32F4-Discovery – Od začetnika do poznavalca (1)
2013_SE210_30
