Renesas Electronics Corporation
Avtor: Graeme Clark
Renesas družina RA mikrokontrolerjev, ki temelji na ARM Cortex, gradi na Renesasovi bogati zgodovini mikrokontrolerjev, kot sta družini H8 in M16C.
Družina RA izboljšuje edinstvene periferne funkcije, ki so bile prvotno nameščene v teh mikrokontrolerjih. Te periferne funkcije so bile preizkušene v več letih in tako zagotavljajo preverjeno ter predvidljivo delovanje, izboljšujejo zmogljivost in zmanjšujejo porabo energije.
V tem članku si bomo ogledali, kako lahko te edinstvene periferne naprave kombiniramo za avtomatizacijo nizkonivojskih opravil v tipičnih aplikacijah.
Najmanj razumljiva periferna enota družine RA je vezje za podatkovne operacije (angl. Data Operations Circuit, DOC). To je preprosta aritmetično-logična enota (ALU), ki lahko razbremeni centralno procesno enoto preprostih nalog, izboljša odzivni čas in potencialno zmanjša porabo energije.
DOC ima tri osnovne funkcije: 16-bitno primerjavo podatkov, 16-bitno seštevanje in 16-bitno odštevanje. DOC se lahko uporablja s prenosom zahtevanih podatkov z uporabo DMA krmilnika ali krmilnika za prenos podatkov (angl. Data Transfer Controller, DTC), kot je prikazano na sliki 1.
Pri uporabi 16-bitnega načina primerjave se v DOC naloži začetna referenčna vrednost. Nato se naložijo podatki, ki jih je treba primerjati, in se primerjajo z referenčno vrednostjo. DOC lahko ustvari prekinitev ob resničnem ali napačnem ujemanju.
Pri uporabi 16-bitnega načina seštevanja se naloži začetna vrednost. Nato se naložijo dodatne 16-bitne vrednosti (ena ali več) in se dodajo prvotni vrednosti. Ko so naložene vse zahtevane vrednosti, se preveri, ali se število prelije, in po potrebi se sproži prekinitev. Ta preprost mehanizem omogoča sprejetje odločitve, če je bila presežena določena mejna vrednost, kar je idealno za aplikacije, kot je zaznavanje nivoja z uporabo ADC.
Pri uporabi 16-bitnega načina odštevanja se v DOC naloži začetna vrednost. Nato se naložijo dodatne vrednosti, ki se odštejejo od začetne vrednosti. Ko so naložene vse vrednosti, se preveri, ali je števec premajhen, in po potrebi se sproži prekinitev.
Prava moč podatkovnega operacijskega vezja je v tem, da ga je mogoče uporabiti za logične odločitve o delovanju sistema brez posredovanja procesorja. V kombinaciji s perifernimi napravami, kot sta krmilnik za neposredni dostop do pomnilnika (DMAC) ali krmilnik za prenos podatkov (DTC), lahko DOC sprejema odločitve na podlagi podatkov iz skoraj vseh virov. To se izvaja brez posredovanja procesorja, tudi ko ta spi. To lahko zagotovi veliko hitrejši odziv in prepreči potrebo po prekinitvah.
To se lahko uporablja skupaj z ADC v sistemu za zaznavanje nivoja, ko nivo preseže programiran prag. Centralni procesor je lahko namenjen drugim visoko prednostnim nalogam in je s prekinitvijo opozorjen le, ko je dosežen določen pogoj. Procesor je lahko celo v stanju mirovanja, da se zmanjša poraba energije, in se prebudi šele ob veljavnem alarmnem stanju.
Krmilnik za prenos podatkov (DTC) je periferna naprava, ki je bila zasnovana tako, da zagotavlja preprost, vendar izjemno prilagodljiv mehanizem za prenos podatkov med periferno napravo in pomnilnikom ali pomnilnikom in periferno napravo. DTC za prenos podatkov med pomnilnikom in perifernimi napravami uporablja preprost programirljiv krmilnik, ki hrani svoje konfiguracijske informacije v tabeli v SRAM pomnilniku. Ta programirljivost zagotavlja veliko večjo stopnjo prilagodljivosti v primerjavi z uporabo DMAC, kar pomeni da lahko imamo skoraj neomejeno število kanalov, ki jih omejuje le razpoložljiva količina SRAM-a.
Dogodek (ali prekinitev), ki ga sproži procesor, periferna naprava ali zunanji priključek, lahko v napravi sproži več dejanj. Slika 2 prikazuje poenostavljen diagram krmilnika prekinitev. Prikazuje, kako lahko dogodek sproži več dejanj. Ti vključujejo tradicionalno prekinitev, prenos DMAC ali prenos DTC. Iz enega dogodka je mogoče sprožiti tudi več kot eno od teh dejanj.
Z DTC krmilnikom lahko ustvarite več prenosnih kanalov, omejenih le s količino razpoložljivega SRAM-a. Glavna pomanjkljivost tega mehanizma je, da je treba za vsak prenos opraviti nekaj ciklov za branje konfiguracijskih podatkov, shranjenih v SRAM-u. Zato je prenos DTC na splošno počasnejši od prenosa DMA.
DTC lahko prenese več bajtov med periferno napravo in pomnilnikom ali pomnilnikom in periferno napravo do 256-krat. Izhodiščni in ciljni naslov sta lahko enaka ali pa se lahko neodvisno povečujeta ali zmanjšujeta, s čimer se v pomnilniku ustvari struktura bufferja. DTC ustvari prekinitev, ko so podatki pripravljeni, ali pa lahko sproži drugi prenos DTC. To se uporablja za veriženje več prenosov skupaj; ta verižni način se lahko uporablja za prenos več podatkov med perifernimi napravami in pomnilnikom.
Verižni način se lahko uporablja z DOC, saj lahko en vir prekinitve sproži več prenosov z različnih lokacij v pomnilniku in/ali periferiji. Z eno prekinitvijo lahko povzročimo, da se primerjalni podatki naložijo v DOC, z verižnim prenosom drugega prenosa pa lahko DOC naložimo s podatki iz ADC, ki jih je treba primerjati. Ta zmožnost, da ena prekinitev sproži zapleteno zaporedje različnih prenosov, je izredno močna.
DTC lahko preklopite tudi v način ponavljanja, v katerem se prenos večkrat ponovi. Ta prilagodljivost zagotavlja popoln kompromis med hitrostjo in prilagodljivostjo. Uporabniki lahko ustvarijo avtomatizirane prenose med katero koli periferno napravo in pomnilnikom, skoraj brez omejitev.
DTC je veliko bolj prilagodljiv kot običajni DMAC, vendar je pri višjih hitrostih prenosa podatkov DMAC hitrejši. Skoraj vsi RA mikrokontrolerji vključujejo več DMAC kanalov, vendar DTC zmaga po prilagodljivosti in možnosti ustvarjanja večjega števila kanalov.
Oglejmo si, kako lahko te funkcije uporabimo za izdelavo inteligentnega analognega sistema za vzorčenje. Ta sistem je preprost detektor nivoja z več vhodi, ki uporablja način skupinskega skeniranja 12-bitnega ADC za vzorčenje vsakega od 4 vhodnih signalov po vrsti. S pomočjo DTC in DOC ugotovi, ali je presežena programirljiva mejna raven.
Po začetni nastavitvi sistema procesor preide v režim spanja, da varčuje z energijo, in se zbudi le, če se pojavi prekinitev. To je prikazano na sliki 3.
ADC neprekinjeno vzorči vsak vhod zaporedoma in rezultat kopira v SRAM. Ko so vzorčeni vsi 4 vhodi, ADC generira DTC zahtevo. Z uporabo verižnega načina ta zahteva sproži verigo 8 prenosov med pomnilnikom in DOC, pri čemer se kopirajo 4 rezultati ADC in ustrezna mejna vrednost, s katero je treba primerjati vsak rezultat.
DOC inicializiramo tako, da primerja vsako vrednost in sproži prekinitev, če je presežena katera koli mejna vrednost. Po inicializaciji se vsak vhod nenehno preverja v ozadju. Procesor lahko upravlja druga opravila ali pa se nahaja v stanju mirovanja in se ne zbudi, dokler eden od vhodov ne preseže mejne vrednosti.
Na enak način je mogoče avtomatizirati številna opravila na nizki ravni. To je lahko izjemno učinkovita tehnika, ki prihrani čas za razvoj nizkonivojskih programskih gonilnikov in izboljša zmogljivost sistema.
Vsak član družine RA mikrokontrolerjev vključuje inteligentne periferne funkcije, kot sta DOC in DTC, ter številne druge periferne funkcije, ki jih je mogoče uporabiti tudi za ustvarjanje inteligentnih podsistemov. Zagotavljajo zelo prilagodljive rešitve za avtomatizacijo nizko nivojskih vhodno-izhodnih funkcij. Ta avtomatizacija ne le izboljša odzivni čas sistema, temveč tudi zmanjša zapletenost in velikost programske opreme ter tako poveča zanesljivost in zmanjša stroške testiranja.
Družina RA mikrokontrolerjev je namenjena širokemu spektru komunikacijskih in nadzornih aplikacij, kot so krmiljenje motorjev, pametni senzorji, meritve, ročni instrumenti, modemi z nizko porabo energije ter številne druge industrijske in potrošniške aplikacije. Na voljo je v širokem razponu velikosti pomnilnika in možnosti pakiranja. Za več informacij obiščite www.renesas.com/ra.
