Διπλωματική Εργασία. Κατασκευή και υλοποίηση πρωτοκόλλου επικοινωνίας CAN σε ενσωματωμένο σύστημα καταγραφής ψηφιακών σημάτων

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΣΥΡΜΑΤΗΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Ρεβύθη Δημήτριου του Σπυρίδων Αριθμός Μητρώου: 6624 Θέμα Κατασκευή και υλοποίηση πρωτοκόλλου επικοινωνίας CAN σε ενσωματωμένο σύστημα καταγραφής ψηφιακών σημάτων Επιβλέπων καθηγητής: Δερματάς Ευάγγελος Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Ιούλιος 2015

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα: Κατασκευή και υλοποίηση πρωτοκόλλου επικοινωνίας CAN σε ενσωματωμένο σύστημα καταγραφής ψηφιακών σημάτων Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Ρεβύθη Δημήτριου του Σπυρίδων Αριθμός Μητρώου: 6624 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις: 09 / 07 / 2015 Ο Επιβλέπων Δερματάς Ευάγγελος Αναπληρωτής Καθηγητής Ο Διευθυντής του Τομέα Φακωτάκης Νικόλαος Καθηγητής

3 iii Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: Κατασκευή και υλοποίηση πρωτοκόλου επικοινωνίας CAN σε ενσωματωμένο σύστημα καταγραφής ψηφιακών σημάτων Φοιτητής: Επιβλέπων: Περίληψη Η διπλωματική αυτή εργασία ασχολείται με την υλοποίηση και τον προγραμματισμό ενός ενσωματωμένου μικρουπολογιστικού συστήματος. Το σύστημα αυτό υλοποιήθηκε στο κύκλωμα H της εταιρίας Olimex και βασίζεται σε στον επεξεργαστή STM32F103RBT6. Ο επεξεργαστής ανήκει στην οικογένεια επεξεργαστών Cortex M3 της εταιρίας ARM. Το πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζει το αντικείμενο ενασχόλησης της εργασίας που είναι τα ενσωματωμένα συστήματα. Εκτός από αυτό εξηγεί την επιλογή του θέματος και ορίζει τους στόχους που προσπαθούν να επιτευχθούν. Το δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζει το υλικό που χρησιμοποιήθηκε για την εργασία. Παρουσιάζει λοιπόν την πλακέτα H - 103, και γενικότερα τον επεξεργαστή και την σειρά Cortex Μ. Παρουσιάζονται επίσης και κάποια βασικά στοιχεία του συστήματος όπως η μνήμη, οι διακοπές και τα περιφερειακά που περιλαμβάνονται στον H Ιδιαίτερη λεπτομέρεια δόθηκε στα περιφερειακά που χρησιμοποιήθηκαν και κυρίως στα ADC και CAN που αποτελούν σημαντικό μέρος της εργασίας. Το τρίτο κεφάλαιο ξεκινάει την περιγραφή της διαδικασίας που ακολουθήθηκε κατά την εργασία. Αρχικά παρουσιάζει το πρόγραμμα uvision της εταιρίας keil που είναι η εφαρμογή στην οποία δημιουργήθηκαν τα project. Τα project αυτά αποτελούσαν βήματα που ο συνδυασμός τους οδήγησε στο τελικό αποτέλεσμα. Έτσι λοιπόν παρουσιάζεται επίσης η δημιουργία του βασικού project που αποτέλεσε την βάση των υπόλοιπων και τα project στα οποία προγραμματίζεται ο ADC. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η προετοιμασία και τα project που αφορούν τον προγραμματισμό του συστήματος σχετικά με το CAN. Στο κεφάλαιο αυτό εκτός από το CAN παρουσιάζεται και ο συνδυασμός των project του ADC και του CAN που αποτελεί και τον τελικό στόχο της εργασίας. Τέλος το πέμπτο κεφάλαιο αποτελεί τα συμπεράσματα και την αξιολόγηση του αποτελέσματος και γενικότερα της διπλωματικής εργασίας.

4 iv

5 Περιεχόμενα Περίληψη iii 1 Εισαγωγή Υπολογιστικά και ενσωματωμένα συστήματα Στόχοι εργασίας Περιγραφή υλικού Cortex M Μνήμη Διακοπές Περιφερειακά Real Clock Control Γενικού σκοπού είσοδος - έξοδος Μετατροπέας αναλογικού σήματος σε ψηφιακό Direct Memory Access Controller Area Network Προγραμματισμός ADC uvision Διαδικασία Βασικό Project ADC με ένα κανάλι ADC με έξι κανάλια Προγραμματισμός CAN Project προετοιμασίας CAN Μετάδοση CAN Συνδιαστικό project CAN με φίλτρα Συμπεράσματα 61 Παράρτημα A Κώδικας 63 v

6 vi Περιεχόμενα Παράρτημα B Σχήματα 95 Βιβλιογραφία 99

7 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Υπολογιστικά και ενσωματωμένα συστήματα Η πρόοδος της ανθρωπότητας τα τελευταία χρόνια οφείλεται κατά ένα μεγάλο ποσοστό στην αλματώδη πρόοδο των υπολογιστικών συστημάτων. Αυτό γίνεται εύκολα αντιληπτό αν κοιτάξει κανείς γύρω του, καθώς θα διαπιστώσει ότι τα υπολογιστικά συστήματα βρίσκονται πλέον παντού. Ίσως κάποιος να κοιτάξει με δυσπιστία την προηγούμενή πρόταση αν με μια πρόχειρη ματιά κοιτάξει γύρω του και δεν παρατηρήσει κάποιον ηλεκτρονικό υπολογιστή, αλλά σε αυτήν την περίπτωση θα έχει κάνει μια πολύ σημαντική παράληψη. Θα έχει περιορίσει τα υπολογιστικά συστήματα στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές ως PC, αγνοώντας έτσι τα ενσωματωμένα συστήματα που βρίσκονται πλέον σχεδόν παντού και αποτελούν πλέον ένα μεγάλο μέρος των υπολογιστικών συστημάτων. Ένα υπολογιστικό σύστημα λοιπόν είναι ικανό να δεχτεί ένα σύνολο από εισόδους, να τις επεξεργαστεί και να δημιουργήσει ένα σύνολο από εξόδους. Αυτό γίνεται εφικτό με έναν συνδυασμό υλικού και προγράμματος. Όπως είναι φανερό ένα υπολογιστικό σύστημα μπορεί να έχει πολύ διαφορετικά μεγέθη ως προς την ισχύ, το μέγεθος και τις δυνατότητες του. Έτσι λοιπόν διαπιστώνεται ότι υπάρχουν τρεις κατηγορίες συστημάτων, οι προσωπικοί υπολογιστές, τα μεγάλα υπολογιστικά συστήματα και τα ενσωματωμένα συστήματα [1]. Τα ενσωματωμένα συστήματα εκτελούν μια συγκεκριμένη λειτουργία ενός μεγαλύτερου συστήματος ή συσκευής. Αρκετά συχνά τα ενσωματωμένα έχουν περιορισμούς στους πόρους που τους διατίθενται και στις συνθήκες στις οποίες αναμένονται να λειτουργήσουν. Ανεξάρτητα όμως από τις συνθήκες και τους περιορισμούς, η απαίτηση τόσο για ακρίβεια και ευστάθεια, όσο και για εφαρμογές πραγματικού χρόνου παραμένει. Αυτό καθιστά τον προγραμματισμό τους ιδιαίτερο. Παρά τις ιδιαιτερότητες τους τα ενσωματωμένα παρουσιάζουν τεράστια ανάπτυξη και βρίσκονται σε πολλές εφαρμογές καθημερινής χρήσης. Μερικά παραδείγματα εφαρμογής τους είναι σε μηχανισμούς, ηλεκτρικές συσκευές, τηλεπικοινωνίες, δίκτυα υπολογιστών, αυτοκίνητα, δορυφόρους και έξυπνες 1

8 2 Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή κάρτες. Παρατηρείται εδώ εύκολα η ευρύτατη και πολυποίκιλη χρήση των ενσωματωμένων συστημάτων. Επιπλέον, είναι γνωστό από τον νόμο του Moore [2] ότι η πυκνότητα των τρανζίστορ σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια αυξάνοντας κατά πολύ τόσο την πολυπλοκότητα όσο και τις εφαρμογές τους. Είναι σαφές λοιπόν ότι τα ενσωματωμένα συστήματα παρουσιάζουν τεράστιο τεχνολογικό ενδιαφέρον και καθιστούν την ενασχόληση με αυτά τόσο ενδιαφέρον όσο και χρήσιμη. Γι' αυτούς τους λόγους επιλέχθηκε η κατασκευή και υλοποίηση μιας εφαρμογής σε ένα ενσωματωμένο υπολογιστικό σύστημα. Σχήμα 1.1: Νόμος του Moore Όσο αναφορά το είδος της εφαρμογής το φάσμα που ήταν διαθέσιμο είναι τεράστιο. Ιδιαίτερα ενδιαφέρον παρουσιάζει το θέμα της επικοινωνίας μεταξύ ενσωματωμένων. Όπως προαναφέρθηκε τα ενσωματωμένα είναι μέρος ενός μεγαλύτερου συστήματος που μπορεί να περιλαμβάνει πολλές συσκευές, μηχανικά μέρη ή και άλλα ενσωματωμένα. Η επικοινωνία μεταξύ αυτών μπορεί να είναι αρκετά πολύπλοκη ιδιαίτερα αν αυτό απαιτείται να γίνει σε πραγματικό χρόνο. Αυτό συμβαίνει γιατί οι δυνατότητες του κάθε ενσωματωμένου μπορεί να περιορίζονται από διάφορες παραμέτρους όπως για παράδειγμα η κατανάλωση, το μέγεθος ή το κόστος. Για αυτούς τους λόγους που αναφέρθηκαν η επικοινωνία διαφέρει αρκετά στα δίκτυα ενσωματωμένων από τα δίκτυα υπολογιστών. Μια τυπική διαφορά είναι η αδυναμία κάθε κόμβου του δικτύου ενσωματωμένων να επεξεργαστεί όλα τα μηνύματα που υπάρχουν στον κανάλι επικοινωνίας σε αντίθεση με έναν

9 1.1. Υπολογιστικά και ενσωματωμένα συστήματα 3 υπολογιστή. Επιπλέον η ύπαρξη κρίσιμων για την λειτουργία του συστήματος μηνυμάτων δημιουργεί την ανάγκη για ένα σύστημα προτεραιότητας τον μηνυμάτων διαφορετικό από αυτά που χρησιμοποιούνται σε μεγάλα υπολογιστικά δίκτυα. Έτσι λοιπόν επιλέχθηκε σαν θέμα της εργασίας η επικοινωνία μεταξύ δυο ενσωματωμένων συστημάτων. Το πρωτόκολλο επικοινωνίας ήταν η επόμενη επιλογή. Μερικά παραδείγματα διαδεδομένων πρωτοκόλλων επικοινωνίας είναι τα παρακάτω: το Time-Triggered Protocol (TTP/A) το Controller Area Network (CAN) to Inter-Integrated Circuit (I 2 C) to Ethernet to Serial Peripheral Interface (SPI) to Universal asynchronous receiver/transmitter (UART) Από τα διάφορα πιθανά πρωτόκολλα επιλέχθηκε το CAN για την εργασία αυτή. Το πρωτόκολλο CAN αρχικά δημιουργήθηκε για εφαρμογές στην αυτοκινητοβιομηχανία όπου και παραμένει κυρίαρχη επιλογή. Στην συνέχεια εξαπλώθηκε και σε άλλους τομείς όπως σε εφαρμογές σιδηρόδρομου, αεροπλάνων, πλοήγησης, συστημάτων ελέγχου μηχανών και ιατρικές εφαρμογές. Σχήμα 1.2: CAN στην αυτοκινητοβιομηχανία

10 4 Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή H εξάπλωση αυτή δεν ήταν τυχαία. Το CAN είναι ένα φτηνό δίκτυο που είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό σε εξωτερικές παρεμβολές. Δεν είναι το φτηνότερο δυνατό καθώς για παράδειγμα το I 2 C χρησιμοποιεί λιγότερες πύλες ανά κόμβο, αλλά παρουσιάζει αρκετά πλεονεκτήματα που το κάνουν ανταγωνιστικό. Ένα χαρακτηριστικό του πρωτοκόλλου CAN είναι ότι ο κάθε κόμβος είναι ανεξάρτητος. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι ότι κάθε μήνυμα είναι ορατό από όλους τους κόμβους του δικτύου. Έτσι οι κόμβοι του δικτύου επιλέγουν ποια μηνύματα θα διαβάσουν και επεξεργαστούν και ποια θα φιλτράρουν. Η δομή με τους ανεξάρτητους κόμβους επιτρέπει εύκολες αλλαγές στο δίκτυο και προσθήκη νέων κόμβων. Διευκολύνει επίσης την δημιουργία κώδικα για το δίκτυο καθώς ο κάθε κόμβος μπορεί να προγραμματιστεί ανεξάρτητα. Αυτό σημαίνει ότι κατά την προσθήκη νέου κόμβου δεν απαιτείται επιπλέον προγραμματισμός στους ήδη υπάρχοντες κόμβους για την προσθήκη επιπλέον παραληπτών όπως στο I 2 C. Επίσης το πρωτόκολλο CAN δουλεύει με προτεραιότητα. Αυτό σημαίνει ότι αν δύο μηνύματα σταλθούν ταυτόχρονα το μήνυμα με την υψηλότερη προτεραιότητα θα μεταδοθεί και αυτό με την χαμηλότερη θα αναβληθεί. Το CAN πετυχαίνει με τον τρόπο αυτό την αποστολή του υψηλής προτεραιότητας μηνύματος χωρίς συγκρούσεις και χωρίς την ανάγκη να το ξαναστείλει από την αρχή, που το καθιστά καλή επιλογή για συστήματα πραγματικού χρόνου. Τέλος το CAN υποστηρίζει Cyclic Redundancy Code (CRC). Αυτό σημαίνει ότι αν τα περιεχόμενα ενός μηνύματος περιέχουν σφάλματα, τότε αυτόματα φιλτράρονται από όλους τους κόμβους ενώ παράλληλα ενημερώνεται ο αποστολέας του μηνύματος αυξάνοντας έτσι την συνολική αξιοπιστία του πρωτοκόλλου. Αντίθετα ένα βασικό μειονέκτημα του CAN είναι ότι απαιτεί αρκετά μεγάλες συχνότητες επικοινωνίας καθώς παράγει μεγάλο αριθμό μηνυμάτων που πρέπει να εξυπηρετηθούν από το κανάλι. Τέλος, τα δεδομένα που στέλνονται στις περισσότερες εφαρμογές είτε συλλέγονται από το ενσωματωμένο, είτε τα δέχεται από κάποιας μορφής είσοδο. Ένα από τα περιφερειακά που χρησιμοποιούνται συχνά για την συλλογή δεδομένων είναι ο αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα (analog to digital converter - ADC). Ο ADC παίρνει αναλογικές εισόδους, συνήθως από αισθητήρες και όργανα και μετατρέπει το σήμα αυτό σε ψηφιακό. Γενικότερα τα περισσότερα ενσωματωμένα συστήματα περιλαμβάνουν είτε αναλογικό σε ψηφιακό, είτε ψηφιακό σε αναλογικό μετατροπέα. Η διαδικασία προγραμματισμού αυτών των δύο είναι παρόμοια και γενικά η ανάγκη να προγραμματιστεί ένα από τα δύο αρκετά συχνή. Έτσι λοιπόν, ο ADC είναι το περιφερειακό που επιλέχθηκε για να λειτουργήσει ως είσοδος δεδομένων στο σύστημα της εργασίας. 1.2 Στόχοι εργασίας Έχοντας καταλήξει στο θέμα, επόμενο βήμα είναι να τεθούν οι στόχοι της εργασίας αυτής. Ο κύριος στόχος είναι η εκμάθηση και εξοικείωση τόσο με τα ενσωματωμένα συστήματα όσο και με την διαδικασία προγραμματισμού τους.

11 1.2. Στόχοι εργασίας 5 Αυτό πέρα από την απαραίτητη γνώση που χρειάζεται να αποκτηθεί σχετικά με τα ενσωματωμένα, απαιτεί και την αντίστοιχη εξοικείωση με τα εργαλεία που είναι αναγκαία για τον προγραμματισμό του συστήματος. Έτσι ο στόχος της εργασίας αυτής είναι η κατασκευή, η υλοποίηση και η επιβεβαίωση της λειτουργίας ενός συστήματος που μπορεί να μετρήσει, να επεξεργαστεί και να στείλει τα δεδομένα που συνέλεξε μέσω του CAN στους άλλους κόμβους του δικτύου.

12 6 Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή

13 Κεφάλαιο 2 Περιγραφή υλικού Σχήμα 2.1: Η πλακέτα H103 Στο κεφάλαιο αυτό θα παρουσιαστεί το hardware που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση της εργασίας. Στην συνέχεια θα παρουσιαστούν βασικά στοιχεία τόσο του επεξεργαστή όσο και των περιφερειακών που χρησιμοποιήθηκαν. Η εργασία πραγματοποιήθηκε σε 2 πλακέτες STM32 - H103 [3] που κατασκευάζονται από την εταιρία Olimex. Ο επεξεργαστής της πλακέτας είναι ο STM32 - F103RBT6, είναι της σειράς STM32 - F10x της εταιρίας STMicroelectronics και ανήκει στην σειρά Cortex - M3 της ΑRM [4]. Αυτό σημαίνει ότι η τελική 7

14 8 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού πλακέτα έχει 3 στάδια σχεδιασμού. Αρχικά η εταιρία ARM σχεδιάζει τον πυρήνα του επεξεργαστή. Στην συνέχεια η STM συνδέει τον επεξεργαστή με τα βασικά περιφερειακά. Τέλος η Olimex είναι ο τελικός κατασκευαστής αφού προσθέσει στο κύκλωμα μερικά ακόμα περιφερικά και διασυνδέσεις. Έτσι λοιπόν, το τελικό προϊόν περιλαμβάνει τον 32 - bit επεξεργαστή, που σε συνδυασμό με τα περιφερειακά του, καλύπτει τους στόχους της εργασίας αυτής. Πιο συγκεκριμένα μπορεί να λειτουργήσει σε συχνότητες έως και 72Mhz και διαθέτει flash μνήμη 128 ΚΒ και μνήμη RAM 20ΚΒ. Τα περιφερειακά που διαθέτει περιλαμβάνουν: Direct Memory Access (DMA) με 7 κανάλια Real Time Clock (RTC) Watch Dog Timer (WDT) 3 Timers (TIM) 2 Serial Peripheral Interface (SPI) 2 Inter-intergrated Circuit (I2C) 3 Universal synchronous asynchronous receiver transmitter (USART) 1 Universal Serial Bus(USB) 1 Controller Area Network(CAN) 1 General Purpose Input Output(GPIO) 2 Analog to Digital Converter 12-bit(ADC) Το CAN και το USB είναι πολυπλεγμένα και δεν μπορούν να λειτουργήσουν ταυτόχρονα. Η τάση λειτουργίας του είναι V και η θερμοκρασίες λειτουργίας του είναι από - 40 C έως + 85 C. Ένας εσωτερικός ρυθμιστής τάσης χρησιμοποιείται για να δημιουργήσει τάση 1.8V για τον πυρήνα. Τέλος, από προγραμματιστική πλευρά υποστηρίζει τις ομάδες εντολών ARM, Thump και Thump 2 και προτείνεται για εφαρμογές χαμηλού κόστους όπως όλοι οι μικροεπεξεργαστές της σειράς Cortex M3 που θα περιγραφεί στην επόμενη ενότητα.

15 2.1. Cortex M3 9 Σχήμα 2.2: Cortex M chip 2.1 Cortex M3 Η σειρά Cortex - M3 σχεδιάζεται από την ARM και είναι σχεδιασμένη για εφαρμογές μικροεπεξεργαστών που απαιτούν υψηλή απόδοση και μειωμένο κόστος. Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) είναι 32- bit αρχιτεκτονικής RISC. Το κανάλι της CPU είναι επίσης 32 - bit. Η σχεδίαση είναι αρχιτεκτονικής τύπου Harvard, έχει δηλαδή ξεχωριστό κανάλι εντολών και δεδομένων. Αυτό δίνει την δυνατότητα στον επεξεργαστή να εκτελεί εντολές ενώ παράλληλα να διαχειρίζεται δεδομένα. Τα δυο κανάλια μοιράζονται την ίδια μνήμη και με τον τρόπο αυτό οι περισσότερες εντολές μπορούν να ολοκληρωθούν σε έναν κύκλο ρολογιού. Για να εκτελεστούν οι εντολές αρχικά οι τελεστές μεταφέρονται σε ένα κεντρικό αρχείο καταχωρητών. Εκεί εκτελούνται και στην συνέχεια τα αποτελέσματα αποθηκεύονται στην μνήμη. Γίνεται λοιπόν κατανοητό, ότι όλη η δραστηριότητα του προγράμματος περιστρέφεται γύρω από το αρχείο καταχωρητών της CPU. Το αρχείο αυτό αποτελείται από bit καταχωρητές. Οι καταχωρητές R0 - R12 είναι καταχωρητές γενικού σκοπού και χρησιμοποιούνται για να αποθηκεύσουν απλές μεταβλητές του προγράμματος. Οι καταχωρητές R13 - R15 έχουν ειδικές λειτουργίες. Ο καταχωρητής R13 χρησιμοποιείται σαν δείκτης στοίβας. Στην πραγματικότητα αποτελείται από δυο καταχωρητές, τον MSP (Main Stack Pointer) και τον PSP (Process Stack Pointer), που ανά πάσα στιγμή το σύστημα τους εναλλάσσει ορίζοντας τον έναν σαν κρυφό και των άλλον σαν R13. Ο πρώτος είναι ο δείκτης

16 10 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού που χρησιμοποιούν το λειτουργικό και οι εξαιρέσεις συστήματος και ο δεύτερος είναι αυτός που χρησιμοποιούν οι εφαρμογές του χρήστη. Ο R14 είναι ο link register, δηλαδή ο καταχωρητής όπου αποθηκεύεται η διεύθυνση επιστροφής, όταν καλείται μια υπορουτίνα. Ο R15 είναι ο μετρητής προγράμματος (program counter), ο καταχωρητής δηλαδή που έχει την τρέχουσα διεύθυνση προγράμματος. Ο R15 δείχνει λοιπόν την θέση μνήμης της εντολής που εκτελείται από το σύστημα και μόλις αυτή ολοκληρωθεί, αυξάνεται κατά μια θέση δείχνοντας την επόμενη εντολή. Ο R15 μπορεί να μεταβληθεί από τον χρήστη δίνοντας του την δυνατότητα να μεταβάλει έτσι την ροή του κώδικα. Τέλος υπάρχουν και οι καταχωρητές ειδικού σκοπού όπως ο program status register (xpsr),οι interrupt mask registers (PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI) και καταχωρητές ελέγχου όπως ο CONTROL register. Αυτοί οι καταχωρητές δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κανονική προσπέλαση πληροφοριών και δίνεται πρόσβαση σε αυτούς μόνο μέσω ειδικών εντολών. Ο Cortex M3 έχει δυο διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας, το thread mode και το handler mode. Ο επεξεργαστής βρίσκεται στο thread mode κατά την κανονική λειτουργία του προγράμματος και στο handler mode όταν εκτελεί εξαιρέσεις ή διακοπές. Υπάρχουν επίσης και δυο επίπεδα δικαιωμάτων πρόσβασης, το επίπεδο χρήστη (user level) και το επίπεδο αυξημένων δικαιωμάτων (priviledged level). Στο επίπεδο αυξημένων δικαιωμάτων η CPU έχει πρόσβαση σε όλο το σύστημα και όλες τις εντολές. Αντίθετα, στο επίπεδο χρήστη η CPU δεν μπορεί να εκτελέσει κάποιες εντολές και δεν έχει άμεση πρόσβαση στους περισσότερους καταχωρητές συστήματος. Η κύρια στοίβα (R13) μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στα δυο επίπεδα ενώ η η δευτερεύουσα μπορεί να περιοριστεί μόνο στο επίπεδο αυξημένων δικαιωμάτων. Στο handler mode βρισκόμαστε αναγκαστικά σε priviledged level. Για να γίνει εναλλαγή από το ένα στο άλλο πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο καταχωρητής ειδικού σκοπού CONTROL σε συνδυασμό με ειδικές εντολές. 2.2 Μνήμη Η διευθυνσιοδότηση της μνήμης του Cortex M3 είναι επίσης προκαθορισμένη. Σε αντίθεση με τα πολλαπλά εσωτερικά κανάλια η μνήμη είναι ένας γραμμικός χώρος που υποστηρίζει έως 4 Gbyte. Το πρώτο 1Gbyte μνήμης είναι μοιρασμένο ανάμεσα στον κώδικα και την SRAM. Το κομμάτι κώδικα και το κομμάτι της SRAM εξυπηρετούνται από διαφορετικά κανάλια. Παρόλο που κώδικας μπορεί να φορτωθεί και από τα δυο κομμάτια, διαβάζοντας τον από την SRAM απαιτεί έναν επιπλέον χρόνο αναμονής. Το επόμενο 0.5 Gbyte είναι o χώρος των περιφερικών του κυκλώματος. Τα επόμενα 2 Gbyte μνήμης μοιρασμένα ανάμεσα σε εξωτερική SRAM και περιφερειακά. Το τελευταίο 0.5 Gbyte μνήμης είναι μοιράζεται στα εσωτερικά περιφερειακά του Cortex Μ3 και είναι διαθέσιμο για επιπλέον προσθήκες του κατασκευαστή. Τέλος αξίζει να σημειωθεί ότι όλοι οι καταχωρητές του επεξεργαστή έχουν συγκεκριμένες διευθύνσεις μνήμης το

17 2.3. Διακοπές 11 οποίο διευκολύνει την μεταφορά του κώδικα ανάμεσα στους επεξεργαστές της σειράς Cortex M. Σχήμα 2.3: Memory Map Στο H-103 της Olimex έχουν τοποθετηθεί δυο τμήματα μνήμης. Αυτά είναι μια μνήμη τύπου FLASH 128KB και μια τύπου RAM 20KB. 2.3 Διακοπές Οι σειρές επεξεργαστών ARM7 και ARM9 είχαν δύο γραμμές διακοπών: την γρήγορη γραμμή και την γραμμή γενικού σκοπού και με αυτές καλούνταν να εξυπηρετήσουν όλες τις πηγές διακοπών που θα απαιτούσε ο μικροελεγκτής του κάθε κατασκευαστή. Αυτό όμως ήταν στην ευχέρεια του κατασκευαστή και όπως είναι λογικό ο κάθε κατασκευαστής το υλοποιούσε με διαφορετικό τρόπο. Η διαφορετικότητα δημιουργούσε προβλήματα στην μεταφερσιμότητα του κώδικα σε άλλους μικροελεγκτές. Πέρα από αυτό το πρόβλημα η αρχιτεκτονική διακοπών των ARM7 και ARM9 παρουσιάζει δύο ακόμη μειονεκτήματα: δεν

18 12 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού υποστηρίζει εμφωλευμένες διακοπές και δεν έχει σταθερό χρόνο εξυπηρέτησης διακοπών. Για να λυθούν τα προβλήματα αυτά απαιτείται επιπρόσθετο υλικό. Η σειρά Cortex για να ξεπεράσει τα προβλήματα αυτά ενσωμάτωσε στον πυρήνα του επεξεργαστή το περιφερειακό Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC). Με αυτόν τον τρόπο επιλύθηκαν τα παραπάνω προβλήματα καθώς πλέον τόσο ο σχεδιασμός, όσο και η διάρκεια εξυπηρέτησης διακοπών είναι σταθερά. Για την ακρίβεια, τόσο το NVIC όσο και το Thump 2, υποστηρίζοντας εντολές πολλών κύκλων μειώνουν κατά πολύ την διάρκεια αυτή. Το NVIC υποστηρίζει 16 επίπεδα προτεραιότητας. Ο αριθμός των γραμμών που μπορεί να υποστηρίξει το NVIC ρυθμίζεται κατά τον σχεδιασμό του κυκλώματος από τον κατασκευαστή και μπορεί να υποστηρίξει μέχρι 240 εξωτερικές γραμμές διακοπών. Εκτός από αυτές υπάρχουν άλλες 15 γραμμές που χρησιμοποιούνται από τον πυρήνα του Cortex για εσωτερικά interrupts. Στο STM32 η μονάδα εξωτερικών διακοπών έχει 19 γραμμές που συνδέονται μέσω του NVIC. Οι 16 από αυτές είναι συνδεδεμένες με τα pin του GPIO, ενώ οι υπόλοιπες τρεις είναι συνδεδεμένες με τα RTC alarm interrupt, USB wake up το Power voltage detect unit. Το NVIC δεν χρησιμοποιεί το ίδιο ρολόι με τον επεξεργαστή και γι' αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθούν διακοπές για να βγει ο επεξεργαστής από sleep mode. Οι 16 γραμμές μπορούν να γίνουν map σε οποιοδήποτε από τα πέντε IO ports, στα οποία είναι ομαδοποιημένα τα interrupts, κι έτσι οποιοδήποτε interrupt μπορεί να συνδεθεί σε οποιαδήποτε γραμμή. 2.4 Περιφερειακά Όπως προαναφέρθηκε στον πυρήνα που αποτελείται από τον επεξεργαστή, την flash μνήμη και την RAM μνήμη, συνδέονται οι περιφερειακές συσκευές. Το σύνολο των περιφερειακών αναφέρθηκε σε προηγούμενη ενότητα. Σε αυτό το σημείο θα αναλυθούν διεξοδικότερα τα περιφερειακά που χρησιμοποιήθηκαν για αυτήν την εργασία, προκειμένου να γίνει πιο κατανοητή η χρήση τους στις επόμενες ενότητες που αναλύονται οι εφαρμογές που υλοποιήθηκαν. Στο Σχέδιο 2.4 φαίνεται το τελικό σχέδιο των επεξεργαστών της οικογενείας STM32F103 που χρησιμοποιήθηκε για αυτήν την εργασία. Όπως φαίνεται το σύστημα διαθέτει πληθώρα περιφερειακών, χρήσιμα για διάφορες εφαρμογές. Στις επόμενες ενότητες θα δοθεί έμφαση στα περιφερειακά Real Clock Control, στον ADC μετατροπέα, στην μνήμη άμεσης προσπέλασης και στο δίκτυο CAN.

19 2.4. Περιφερειακά 13 Σχήμα 2.4: Αρχιτεκτονική συστήματος Real Clock Control Ένα από τα πιο βασικά περιφερειακά είναι το Real Clock Control (RCC) [5]. Το περιφερειακό αυτό επιλέγει τον ταλαντωτή που λειτουργεί ως το ρολόι του συστήματος. Η επιλογή αυτή γίνεται ανάμεσα σε δυο εξωτερικούς ταλαντωτές (HSE) και δυο εσωτερικούς (HSΙ). Αυτοί χωρίζονται σε υψηλής και χαμηλής συχνότητας. Η μέγιστη επιτρεπόμενη συχνότητα λειτουργίας του συστήματος και κατ' επέκταση των ταλαντωτών αυτών είναι τα 72MHz. Έτσι λοιπόν ο κατασκευαστής της πλακέτας επιλέγει τους HSE ταλαντωτές του συστήματος και μπορεί να χρησιμοποιήσει είτε κρυσταλλικό/ κεραμικό ταλαντωτή είτε άλλο εξω-

20 14 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού τερικό ρολόι. Στην περίπτωση ρολογιού θα πρέπει θα πρέπει να εξασφαλίζεται duty cycle 50% και συχνότητα μικρότερη των 25 MHz. Οι HSΙ ταλαντωτές είναι προκαθορισμένοι και έχουν συχνότητα 8ΜΗz (HSI_ High) και Khz (HSI_ Low). Η επιλογή του ρολογιού γίνεται μέσω του Clock control register (RCC_ CR). Εκτός από τους ταλαντωτές στο σύστημα των ρολογιών είναι συνδεδεμένο και με ένα εσωτερικό Phase Locked Loop (PLL). Το PLL αυτό μπορεί να πολλαπλασιάσει ή να διαιρέσει το σύστημα για να επιτευχθεί η επιθυμητή συχνότητα. Για τον λόγο αυτό συνήθως επιλέγονται υποπολλαπλάσια των 72 Mhz. Σχήμα 2.5: Αρχιτεκτονική ρολογιών Πριν το τελικό ρολόι σταλεί προς τα περιφερειακά περνάει από μερικούς pre - scalers. Οι pre - scalers είναι οι: AHB APB1 APB2, USB TIMx2,3,4 TIM1

21 2.4. Περιφερειακά 15 ADC. Ο κάθε pre - scaler έχει κάποιες δυνατές τιμές με τις οποίες μπορεί να διαιρεθεί. Έτσι μπορεί να επιλέγθεί η τιμή του ρολογιού σε κάθε περιφερειακό ανεξάρτητα. Τα ρολόγια εισόδου για τα APB1, APB2, TIM1, TIMx2,3,4 και ADC έχουν ήδη περάσει από τον ΑΗΒ όπως φαίνεται και στο σχήμα 2.5 επιτρέποντας έτσι μια παραπάνω διαίρεση. Αυτό βοηθάει σε συγκεκριμένες περιπτώσεις. Μια από αυτές για παράδειγμα είναι όταν χρειάζεται μεγάλη ακρίβεια στην συχνότητα δειγματοληψίας του ADC. Σε αυτήν την περίπτωση ο συνδυασμός του ΑΗΒ pre - scaler, του ADC-pre - scaler και του ADC - Sample time register μπορούν να πετύχουν αρκετά μεγάλη ακρίβεια. Οι διαιρέσεις αυτές καθώς και ο πολλαπλασιασμός του PLL γίνονται μέσω του Clock configuration register (RCC_CFGR). Τέλος ο κάθε pre - scaler έχει από έναν reset και έναν enable register που ελέγχει ποια περιφερειακά θα τροφοδοτούνται από το ρολόι Γενικού σκοπού είσοδος - έξοδος Το γενικού σκοπού εισόδου/ εξόδου (Ε/Ε) περιφερειακό υποστηρίζει έως 80 pins δύο κατευθύνσεων. Τα Ε/Ε pins είναι τοποθετημένα σε 5 θύρες (Α - Ε) με την κάθε θύρα να αποτελείται από 16 γραμμές Ε/Ε. Όλα τα pins μπορούν να προγραμματιστούν σε 8 διαφορετικές λειτουργίες και 3 διαφορετικές μέγιστες συχνότητες (2ΜΗz, 10ΜΗz, 50ΜΗz) μέσω 2 32-bit καταχωρητών. Αρχικά όλα τα pins είναι γενικού σκοπού. Το GPIO υποστηρίζει επίσης την εναλλακτική λειτουργία. H εναλλακτική λειτουργία επιτρέπει το remap των pins σε περιφερειακά, δίνοντας την δυνατότητα mapping ενός περιφερειακού σε πολλαπλά pins. Αυτό επιτρέπει ευελιξία στον σχεδιασμό του hardware. Μια άλλη λειτουργία του GPIO είναι η δημιουργία ελεγχόμενου παλμού προς εξωτερικές συσκευές. Οι παλμοί αυτοί μπορούν να έχουν διάφορες χρήσεις. Ένα τυπικό παράδειγμα είναι τα σήματα αφύπνισης (wake up signal). Τέλος το GPIO μπορεί να δημιουργήσει εξωτερικές διακοπές που συνδέονται με τις 19 γραμμές διακοπών του Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC) διακοπών. Οι 16 από αυτές είναι συνδεδεμένες με το GPIO και οι υπόλοιπες είναι συνδεδεμένες στο (Real Time Clock) RTC wake up, το (Universal Serial Bus) USB wake up και το Power Voltage detect unit. Επίσης έχει την δυνατότητα να ξυπνήσει τον επεξεργαστή από sleep mode μέσω διακοπής καθώς δεν τροφοδοτείται με το ίδιο ρολόι με τον επεξεργαστή. Οι γραμμές αυτές μπορούν να αντιστοιχιστούν σε οποιοδήποτε περιφερειακό και στην συνέχεια να προγραμματιστούν ξεχωριστά για κάθε εξωτερική διακοπή. Πιο συγκεκριμένα κάθε θύρα του GPIO έχει τους δικούς της καταχωρητές που ελέγχουν την λειτουργία τους. Αυτό σημαίνει ότι κάθε θύρα έχει: δυο 32-bit ρυθμιστικούς καταχωρητές (GPIOx_ CRL, GPIOx_ CRH) δυο 32-bit καταχωρητές δεδομένων (GPIOx_ IDR, GPIOx_ ODR)

22 16 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού έναν 32-bit καταχώρητη φορμαρίσματος (GPIOx_ BSRR) έναν 16-bit καταχωρητή επαναφοράς (GPIOx_ BRR) και εναν 32-bit καταχωρητή κλειδώματος (GPIOx_ LCKR) Οι δυο πρώτοι καταχωρητές είναι αυτοί που ρυθμίζουν τις καταστάσεις λειτουργίας, το αν η θύρα θα είναι εισόδου η εξόδου και την συχνότητα λειτουργίας. Οι δυο καταχωρητές δεδομένων μπορούν να οδηγήσουν την ζητούμενη κάθε φορά θύρα σε λογικό 1 ή 0 ή και να διαβαστούν ενημερώνοντας για την τρέχουσα τιμή τους. Ο καταχωρητής φορμαρίσματος θέτει το ζητούμενο ή τα ζητούμενα bits στην τιμή 1. Ο καταχωρητής επαναφοράς θέτει το ζητούμενο ή τα ζητούμενα bits στην τιμή 0. Τέλος ο καταχωρητής κλειδώματος κρατάει την τιμή των επιλεγμένων bits στην τρέχουσα τιμή τους μέχρι να εισαχθεί η ακολουθία ξεκλειδώματος. Αυτοί οι καταχωρητές ελέγχουν τις βασικές λειτουργίες του GPIO Μετατροπέας αναλογικού σήματος σε ψηφιακό H Η103 πλακέτα περιλαμβάνει δύο 12 - bit Analog to Digital Converters (ADC) [6] που μοιράζονται 16 εξωτερικά κανάλια. Έχουν δυνατότητα μονής λήψης ή λειτουργίας σάρωσης. Στην λειτουργία μονής λήψης ο ADC κάνει μια λήψη κάθε φορά που ζητείται. Στην λειτουργία σάρωσης κάνει μετρήσεις συνεχόμενα από την στιγμή ενεργοποίησης του. Εκτός από τα 16 εξωτερικά κανάλια που είναι γενικής χρήσης, υπάρχουν άλλα δύο κανάλια. Από αυτά, το πρώτο είναι συνδεδεμένο στον εσωτερικό μετρητή θερμοκρασίας και το δεύτερο σε μια εσωτερική τάση αναφοράς. Το ρολόι που τροφοδοτεί τον ADC είναι το SYSCLK αφού περάσει από τους AHB, APB2 και ADC pre - scalers. Οι pre - scaler αυτοί ορίζονται από τους καταχωρητές του RCC όπως αναφέρεται στην αντίστοιχη ενότητα Κάθε κανάλι μπορεί να προγραμματιστεί ξεχωριστά και να κάνει μετατροπές ανά συγκεκριμένου αριθμού κύκλων ρολογιού. Ο τρόπος υπολογισμού της συχνότητας δειγματοληψίας εξαρτάται από όλα τα παραπάνω. Μπορεί να ρυθμιστεί επιλέγοντας τις τιμές των pre - scalers και τον καταχωρητή sample time register του ADC. Ο καταχωρητής αυτός μπορεί να πάρει τιμές ανάμεσα στους 1.5 και κύκλους ρολογιού με και μπορεί να υπολογιστεί την βοήθεια του παρακάτω τύπου: T conv = (Samplingtime cycles) ADCCLK Στον τύπο αυτόν το Tconv είναι ο χρόνος δειγματοληψίας, το ADCCLK το ρολόι με το οποίο τροφοδοτείται ο ADC και το 12.5 cycles είναι ο χρόνος που χρειάζεται ο ADC για να πραγματοποιήσει μια μετατροπή. Σε περίπτωση που απαιτείται μεγαλύτερη ακρίβεια δειγματοληψίας από το κανονικό ή υπάρχει (2.1)

23 2.4. Περιφερειακά 17 έντονος θόρυβος στις μετρήσεις, τότε είναι δυνατή η μέθοδος της υπερδειγματοληψίας (oversampling). Στην παρούσα εργασία δεν χρειάστηκε κάτι τέτοιο αλλά περισσότερες πληροφορίες μπορούν να βρεθούν στην βιβλιογραφία [7]. Κάθε ADC έχει δύο βασικούς τρόπους λειτουργίας: regular και injected [8]. O regular τρόπος μπορεί να συμπεριλάβει από 1 μέχρι 16 κανάλια και να τα μετατρέπει κυκλικά. Επιπλέον η σειρά μετατροπής μπορεί να προγραμματιστεί και είναι δυνατόν να μετατρέπεται ένα κανάλι πάνω από 1 φορά σε κάθε κύκλο. Το regular group μπορεί να εκκινηθεί είτε από το πρόγραμμα είτε από κάποιο συμβάν (πχ διακοπή) και μπορεί να λειτουργήσει είτε συνεχόμενα είτε μόνο 1 φορά. Κάθε φορά που ένα group ολοκληρώνεται τα δεδομένα αποθηκεύονται σε έναν καταχωρητή και μπορεί να δημιουργηθεί μια διακοπή για να ενημερωθεί είτε ο επεξεργαστής, είτε κάποια εξωτερική συσκευή ή περιφερειακό. Τα 12 - bit δεδομένα μπορούν να αποθηκευτούν είτε ταξινομημένα αριστερά είτε δεξιά στον 16-bit καταχωρητή. Από εκεί μπορούν μέσω του DMA να μεταφερθούν στην μνήμη έτσι ώστε να μειωθεί ο φόρτος του επεξεργαστή. Ο injected τρόπος μπορεί να συμπεριλάβει από 1 έως 4 κανάλια και μπορεί να εκκινηθεί από κάποιο γεγονός είτε του προγράμματος είτε του hardware. Την στιγμή που θα εκκινηθεί, διακόπτει τις μετατροπές του regular group και ξεκινάει τις μετατροπές του injected group. Όταν τελειώσει αφήνει το regular group να συνεχίσει. Σε αντίθεση με τον regular τρόπο, ο injected αποθηκεύει κάθε μετατροπή σε ξεχωριστό καταχωρητή σε συνδυασμό με έναν καταχωρητή offset. Το injected group δεν μπορεί να λειτουργήσει συνεχόμενα. Τέλος εκτός από τις παραπάνω λειτουργίες που αναφέρονται στην χρήση των ADC ανεξάρτητα υπάρχει και η δυνατότητα διπλής λειτουργίας (dual mode). Το dual mode χρησιμοποιεί τους ADC1 και ADC2 σε master - slave λειτουργία. Αυτό μπορεί να συνδυαστεί τόσο με τις παραπάνω λειτουργίες όσο και για να υλοποιήσει κάποιες επιπλέον. Μια από τις πιθανές επιπλέον λειτουργίες είναι η συγχρονισμένη λειτουργία, κατά την οποία οι 2 ADC συγχρονίζονται και μετατρέπουν ταυτόχρονα. Κατά την λειτουργία αυτή μπορούν να έχουν είτε κοινή είτε διαφορετική ακολουθία μετατροπής καναλιών. Μια άλλη πιθανή λειτουργία είναι η μετατροπή του ίδιου καναλιού και από τους δύο ADC σε διαφορετικούς χρόνους. Με την μέθοδο αυτήν μπορεί να μετατρέπεται ένα κανάλι κάθε 7 ή 14 κύκλους. Μια τρίτη πιθανή λειτουργία είναι η εναλλαγή εξυπηρέτησης injected group ανάμεσα στους 2 ADC. Γενικά με τα παραπάνω γίνεται κατανοητό ότι με τον συνδυασμό του dual mode με συγχρονισμένους και εκσυγχρονισμένους ADC και με τα regular και injected group μπορούν να επιτευχθούν αρκετές διαφορετικές λειτουργίες για να καλυφθούν πολλές πιθανές ανάγκες μετατροπών [8].

24 18 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού Σχήμα 2.6: Λειτουργία ADC σε dual mode με συγχρονισμένους ADC και regular/injected groups Όλες οι παραπάνω λειτουργίες ελέγχονται από τους καταχωρητές που ελέγχουν τον ADC και είναι οι ακόλουθοι. Ο καταχωρητής κατάστασης (ADC_ SR) που είναι υπεύθυνος για το ξεκίνημα μετατροπής είτε σε regular είτε σε injected mode και περιλαμβάνει το bit τέλους μετατροπής και το bit του analog watchdog. Οι καταχωρητές ελέγχου ADC_ CR1 και ADC_ CR2 που είναι υπεύθυνοι για τις περισσότερες λειτουργείς και ρυθμίσεις. Μια από τις αρμοδιότητες τους είναι να ενεργοποιούν ή επαναφέρουν τον ADC, να ελέγχουν την χρήση του DMA, το alignment των δεδομένων, την συνεχόμενη ή μη μετατροπή, την αρχή των μετατροπών, την ενεργοποίηση και δημιουργία εξωτερικών συμβάντων και την διπλή λειτουργία. Οι καταχωρητες συχνότητας δειγματοληψίας (ADC_ SMPR 1-2) ελέγχουν την συχνότητα που θα γίνονται οι μετατροπές τόσο στα regular όσο και στα injected mode. Οι καταχωρητές σειράς δειγματοληψίας regular mode (ADC_ SQR 1-3) και injected mode (ADC_ JSQR) ρυθμίζουν την σειρά με την οποία θα διαβάζεται κάθε κανάλι κάθε ομάδας και ποίο κανάλι ανήκει σε κάθε ομάδα. Οι καταχωρητές δεδομένων (ADC_ JDR 1-4 και ΑDC_ DR) αποθηκεύουν τα αποτελέσματα της μετατροπής της κάθε ομάδας. Τέλος οι υπόλοιποι καταχωρητές που δεν θα εξηγηθεί η λειτουργία τους και είναι οι ADC_ ΗTR, ADC_ LTR και ADC_ JOFR Direct Memory Access Στους Cortex CPU εκτός από τον επεξεργαστή τα δεδομένα μπορούν να μεταφερθούν αυτόματα και από το περιφερειακό DMA (Direct Memory Access). Το STM32 DMA έχει μέχρι 12 ανεξάρτητα κανάλια που μπορούν προγραμματιστούν και να μεταφέρουν τα δεδομένα με 4 διαφορετικούς τρόπους. Οι τρόποι αυτοί είναι από μνήμη σε μνήμη, από μνήμη σε περιφερειακό, από περιφερειακό σε μνήμη και από περιφερειακό σε περιφερειακό. Η ταχύτητα μεταφοράς από μνήμη σε μνήμη περιορίζεται από την ταχύτητα του DMA καναλιού. Στις άλλες περιπτώσεις το DMA ελέγχεται από το περιφερειακό από το οποίο μεταφέρει και η μεταφορά δεδομένων γίνεται μετά από αίτημα του περιφερειακού. Επίσης εκτός από ένα μπλοκ δεδομένων, το DMA είναι δυνατόν να μεταφέρει δεδομένα συνεχόμενα και να τα αποθηκεύει σε έναν κυκλικό buffer. Επειδή τα περισσότερα περιφερειακά δεν έχουν FIFO buffers, το DMA μπορεί να χρησιμοποιήσει την SRAM για αυτόν τον σκοπό. Το DMA του STM32 είναι ειδικά σχεδιασμένο

25 2.4. Περιφερειακά 19 για μικρότερες αλλά συχνότερες μεταφορές, γεγονός που συμβαίνει συχνά στις εφαρμογές μικροεπεξεργαστών. Κάθε κύκλος μεταφοράς αποτελείται από 4 φάσεις όπως φαίνεται και στο σχήμα 2.7. Σχήμα 2.7: Κύκλος μεταφοράς DMA Οι φάσεις αυτές είναι: η φάση δείγματος και η διαιτητική φάση, η φάση επεξεργασίας διεύθυνσης, η φάση πρόσβασης καναλιού και η φάση τελικής αναγνώρισης. Κάθε φάση κρατάει 1 κύκλο εκτός από την φάση προσπέλασης καναλιού. Στην φάση προσπέλασης μεταφέρονται τα δεδομένα και η ακριβής της διάρκεια είναι τρεις κύκλοι ρολογιού για κάθε μεταφερόμενη λέξη. Το DMA και η CPU δουλεύουν τελείως ανεξάρτητα κι έτσι το ένα δεν καθυστερεί ή επηρεάζει το άλλο. Κάθε κανάλι του DMA μπορεί να πάρει προτεραιότητα μεταξύ τεσσάρων διαφορετικών επιπέδων από το πρόγραμμα. Η προτεραιότητα καθορίζεται κατά την διαιτητική φάση. Σε περίπτωση ίσης προτεραιότητας υπερισχύει το χαμηλότερο σε αριθμό κανάλι. Οι δύο πρώτες φάσεις μπορούν να συμβούν ενώ κάποιο άλλο κανάλι βρίσκεται ήδη στην τρίτη φάση κι έτσι με το που φτάσει το πρώτο κανάλι στην φάση αναγνώρισης, το επόμενο ξεκινάει να στέλνει αμέσως μετά. Με αυτόν τον τρόπο το DMA μεταφέρει δεδομένα ταχύτερα ακόμα και από την CPU. To DMA πρέπει να ενεργοποιηθεί ενεργοποιώντας το ρολόι από τον RCC μέσω του AHENR. Υπάρχουν τέσσερις καταχωρητές για κάθε κανάλι του DMA. Οι δυο καταχωρητές κρατάνε τις διευθύνσεις πηγής και προορισμού για το περιφερειακό και την μνήμη. Το μέγεθος της μεταφοράς καθορίζεται από τον καταχωρητή μέγεθος δεδομένων, ενώ ο καταχωρητής διαμόρφωσης καθορίζει τα γενικά χαρακτηριστικά της μεταφοράς DMA. Επίσης είναι δυνατόν να αυξηθούν οι τιμές στους καταχωρητές διεύθυνσης. Το Transfer Direction Bit καθορίζει αν η μεταφορά είναι από μνήμη σε περιφερειακό ή από περιφερειακό σε μνήμη. Μπορεί να επιτευχθεί ταχύτερη δυνατή μεταφορά δεδομένων ανάμεσα σε 2 SRAM buffers ενεργοποιώντας το MEM2MEM bit του καταχωρητή DMA_ CCRx. Το DMA μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε polled mode και να δουλεύει με βάση τα 3 interrupts που διαθέτει: transfer finished, half-finished και transfer error. Τέλος πρέπει να ενεργοποιηθεί το enable bit για να ξεκινήσει η μεταφορά των δεδομένων. Οι καταχωρητές που ελέγχουν το DMA ανήκουν σε έξι ομάδες καταχωρητών.

26 20 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού Αρχικά ο καταχωρητής κατάστασης διακοπών (DMA_ ISR) περιλαμβάνει τα flags για τις διακοπές στις μεταφορές του DMA. Ο καταχωρητής εκκαθάρισης διακοπών (DMA_ IFCR) επαναφέρει τα flags του καταχωρητή κατάστασης διακοπών. Οι δύο αυτοί καταχωρητές αναφέρονται στις διακοπές, ενώ οι υπόλοιποι καταχωρητές είναι ξεχωριστοί για κάθε κανάλι. Οι καταχωρητές ρύθμισης (DMA_ CCR 1-7) ορίζουν το είδος μετατροπής, την προτεραιότητα, το μέγεθος της μνήμης ή του περιφερειακού, τον τρόπο που γίνεται η μεταφορά (κυκλικά, αυξάνοντας την μνήμη, την κατεύθυνση της μεταφοράς) και ενεργοποιούν τις διακοπές. Οι καταχωρητές μεγέθους δεδομένων (DMA_ CNDTR 1-7) ορίζουν πόσα δεδομένα θα μεταφερθούν. Τέλος οι καταχωρητές διεύθυνσης περιφεριακού (DMA_ CPAR 1-7) και μνήμης (DMA_ CMAR 1-7) ορίζουν τις διευθύνσεις προέλευσης και προορισμού των δεδομένων Controller Area Network Τέλος στα περιφερειακά που χρησιμοποιήθηκαν συμπεριλαμβάνεται και το περιφερειακό CAN [9]. Το CAN του Η είναι συμβατό με τις προδιαγραφές 2.0 Α και Β. Το CAN 2.0 A αναφέρεται και ως Basic or Standard CAΝ, χρησιμοποιεί identifiers 11 bit και υποστηρίζει μέχρι 250Kbit/sec σύμφωνα με το ISO Το CAN 2.0 Β αναφέρεται και ως Full CAΝ ή extended frame CAN, χρησιμοποιεί identifiers 11 ή 29 bit και υποστηρίζει μέχρι 1Mbit/sec σύμφωνα με το ISO Έτσι λοιπόν, το κανάλι CAN μπορεί να υποστηρίξει μέχρι και ταχύτητες 1 Μbps και σε αντίθεση με τα USB και Ethernet, το CAN μπορεί να μεταδώσει πολλά μικρά μηνύματα σε ολόκληρο το δίκτυο προωθώντας έτσι την συνοχή των δεδομένων. Ένα άλλο βασικό πλεονέκτημα του CAN είναι η απλή καλωδίωση του καθώς το βασικό κανάλι αποτελείται από ένα ζεύγος συνεστραμένων καλωδίων. Αυτή η δομή σε συνδυασμό με την υψηλή ανοχή σε ηλεκτρικές παρεμβολές και την δυνατότητα της αυτόματης ανίχνευσης και επιδιόρθωσης λαθών με χρήση κυκλικού ελέγχου πλεονασμού (CRC) έχουν συμβάλει στην δημοτικότητα και συχνή χρήση του CAN σε μεγάλο φάσμα εφαρμογών. Ο έλεγχος λαθών γίνεται από όλους τους κόμβους που ελέγχουν το μήνυμα και χρησιμοποιείται ένα aknowledge bit για να ενημερωθεί ο αποστολέας για το λάθος μήνυμα. Σε περίπτωση που έστω και ένας κόμβος εντοπίσει λάθος το μήνυμα ξαναστέλνεται. Στην περίπτωση που κάποιος αποστολέας περάσει έναν συγκεκριμένο αριθμό συνεχόμενων λαθών τότε ενημερώνεται και όλες οι αποστολές του καταστέλλονται.

27 2.4. Περιφερειακά 21 Σχήμα 2.8: Γενική συνδεσμολογία CAN Η συνδεσμολογία του CAN είναι αρκετά απλή όπως φαίνεται και στο σχήμα 2.8. Πιο συγκεκριμένα στο κύκλωμα Η - 103, τo CAN μοιράζεται τα pins PA11 / EXT1-1 και PA12 / EXT1-3 με το USB κι έτσι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν παράλληλα. Εναλλακτικά το H μπορεί να συνδεθεί μέσω CAN στα PB8 / EXT1-16 και PB9 / EXT1-17. Ο μικροεπεξεργαστής αρχικά συνδέεται με τον εκλεκτή CAN και αυτός με την σειρά του μέσω τών RxDC και TxDC (pins PA11 / PA12, PB8 / PB9) με έναν πομποδέκτη CAN. O πομποδέκτης είναι ένα ξεχωριστό ολοκληρωμένο που ο σκοπός του είναι να οδηγεί το κανάλι. Αυτή η μέθοδος είναι ορισμένη με βάση το πρωτόκολλο ISO :2003. Σχήμα 2.9: Λογική 0-1 CAN Μια διαφορά του πρωτοκόλλου του CAN με τα περισσότερα κανάλια επικοινωνίας είναι ο ορισμός του 0 και του 1. Συνήθως στα κανάλια επικοινωνίας το λογικό 1 συνδυάζεται με υψηλή τάση στην γραμμή και το λογικό 0 συνδυάζεται με μηδενική η πολύ μικρή τάση στην γραμμή. Στο CAN το λογικό 0 συνδέεται με το κυρίαρχο σήμα και το λογικό 1 με το τυχαίο η αλλιώς μη επικρατές. Πιο συγκεκριμένα κατά το λογικό 0 το CAN High (CANH) οδηγείται σε υψηλή τάση ενώ το CAN Low (CANL) οδηγείται στο 0 από την τυχαία κατάσταση που βρίσκονταν δηλαδή κάπου στην μέση της μέγιστης τάσης. Η τυχαία αυτή

28 22 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού κατάσταση είναι το λογικό 1. Τυπικές τιμές είναι CANH CANL 2.5 V σε μη επικρατές και CANH 3.5 V, CANL 1.5 V σε επικρατές. Σχήμα 2.10: Λογική 0-1 CAN Μια εναλλακτική σύνδεση (2.11) μπορεί να προκύψει αντικαθιστώντας τον πομποδέκτη CAN με το παρακάτω κύκλωμα [10]. Σε αυτό το κύκλωμα το συνεστραμμένο ζεύγος αντικαθίσταται με μια μονή γραμμή συνδεδεμένη στην τροφοδοσία 5V μέσω μιας pull-up αντίστασης 3.3 ΚΩ. Στην συνέχεια μια δίοδος τοποθετείται ανάμεσα στην γραμμή και τα TxDC pins για την αποφυγή βραχυκυκλώματος. Τα RxDC pins συνδέονται απ' ευθείας πάνω στην γραμμή οδηγώντας το έτσι στο λογικό 1. Ένα λογικό 0 σε ένα TxDC pin οδηγεί όλη την γραμμή στο 0. Ο δεύτερος λόγος ύπαρξης της αντίστασης είναι ότι το ρεύμα σε κάθε pin δεν πρέπει να ξεπερνάει το 1.6 ma. Η συνδεσμολογία αυτή είναι δυνατόν να λειτουργήσει μόνο για μικρό μήκος καλωδίου (<< 1m) και είναι ευάλωτη στον θόρυβο αλλά δεν χρησιμοποιεί τους πομποδέκτες οι οποίοι δεν υπάρχουν πάνω στο H και θα έπρεπε να τοποθετηθούν επιπρόσθετα.

29 2.4. Περιφερειακά 23 Σχήμα 2.11: Εναλακτική συνδεσμολογία CAN Η προσπέλαση και παραχώρηση του καναλιού είναι οδηγούμενη από γεγονότα. Συμβαίνει λοιπόν τυχαία και εξαρτάται από τους κόμβους του δικτύου και τα μηνύματα τους. Αν δυο κόμβοι προσπαθήσουν να χρησιμοποιήσουν το κανάλι ταυτόχρονα τότε η χρήση του παραχωρείται με χρήση της προτεραιότητας κάθε μηνύματος χωρίς να καταστρέφεται το μήνυμα με την μεγαλύτερη προτεραιότητα. Τα μηνύματα που μπορούν να στείλουν οι κόμβοι του CAN είναι συγκεκριμένης δομής και τύπου. Τα τεσσάρων τύπου μηνύματα είναι τα: μήνυμα δεδομένων απομακρυσμένο μήνυμα μήνυμα σφάλματος και μήνυμα υπερφόρτωσης Τα μηνύματα αυτά έχουν επίσης μια συγκεκριμένη δομή και χωρίζονται σε 2 επιπλέον κατηγορίες με βάση το μεγέθους της ταυτότητας (Identifier) του μηνύματος. Αυτό μπορεί να είναι είτε 11 - bit (standard CAN) είτε 29 - bit (Extended CAN). O Identifier εκτός των άλλων λειτουργιών του που θα αναφερθούν στην συνέχεια, είναι υπεύθυνος και για την προτεραιότητα που προαναφέρθηκε. Σχήμα 2.12: CAN Identifier Τα bit fields αυτά σημαίνουν: SOF: Η αρχή του μηνύματος. Είναι πάντα κυρίαρχο και χρησιμοποιείται για να συγχρονίσει το κανάλι μετά από αδράνεια.

30 24 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού Ιdentifier: Χρησιμοποιείται για να καθορίσει την προτεραιότητα του μηνύματος. Όσο μικρότερη δυαδική τιμή, τόσο μεγαλύτερη προτεραιότητα. RTR: Το bit απομακρυσμένης μετάδοσης που όταν είναι κυρίαρχο περιμένει πληροφορίες από κάποιο άλλο κόμβο. Όλοι οι κόμβοι παίρνουν το αίτημα αλλά ο identifier καθορίζει τον συγκεκριμένο κόμβο. IDE: Καθορίζει το standard ή extended identifier με το επικρατές να σημαίνει standard. r0: Δεσμευμένο. DLC: Δηλώνει τον αριθμό των bytes του μυνήματος με βάση τον 4 - bit μήκους κωδικό. Data: Τα δεδομένα του μηνύματος. Μέχρι και 64 bytes δεδομένα εφαρμογής μπορούν να μεταδοθούν. CRC: 16 bits που χρησιμοποιούνται για κυκλικό έλεγχο λαθών στα δεδομένα (Data). ACK: Κάθε κόμβος που λαμβάνει επιτυχώς το μήνυμα γράφει αυτό το bit σαν επικρατές. Αν κάποιος κόμβος διαπιστώσει λάθος και αφήσει αυτό το bit μη επικρατές τότε το μήνυμα ξαναστέλνεται. EOF: 7 συνεχόμενα μη επικρατή bits δίνουν το τέλος του μηνύματος υποδεικνύοντας σφάλμα αν βρεθεί κάποιο επικρατές μέσα σε αυτά. IFS: Αυτά τα 7 bits αποτελούν τον χρόνο τον οποίο χρειάζεται ο controller για να μετακινήσει ένα μήνυμα που έχει λάβει στον προσωρινή μνήμη αποθήκευσης SRR: Το bit αυτό αντικαθιστά το RTR του standard μηνύματος για να υποδηλώσει την ύπαρξη του extended identifier IDE: Ως μη επικρατές bit υποδεικνύει ότι ακολουθούν κι άλλα identifier bits r1: Δεσμευμένο Σχήμα 2.13: CAN Extended Identifier Όπως προαναφέρθηκε τα μηνύματα έχουν προτεραιότητα με βάση τον identifier τους και η μικρότερη δυαδική τιμή έχει προτεραιότητα. Αυτό γίνεται με τον εξής

31 2.4. Περιφερειακά 25 τρόπο. Έστω ότι 2 κόμβοι ξεκινούν μια αποστολή. Αν και οι δύο έχουν το πρώτο identifier bit επικρατές τότε συνεχίζουν. Αυτό συμβαίνει μέχρι ο ένας από τους δυο να έχει μη επικρατές ενώ ο άλλος επικρατές. Τότε ο πρώτος υποχωρεί και ο δεύτερος συνεχίζει κανονικά την μετάδοση. Αυτό μπορεί να συμβεί και με παραπάνω από δυο κόμβους. Όπως είναι κατανοητό λοιπόν ο κάθε κόμβος παρακολουθεί τα μηνύματα που στέλνει ο ίδιος και γι' αυτό τα CANH και CANL είναι συνδεδεμένα εσωτερικά. Σχήμα 2.14: Αποστολή μηνυμάτων CAN Τέλος το CAN προσφέρει δυο μεθόδους λειτουργίας για δοκιμαστικούς σκοπούς. Αυτοί είναι οι Loopback και Silent. Στην loopback μέθοδο το CAN μπορεί να στέλνει και να λαμβάνει τα μηνύματα του χωρίς αυτά να στέλνονται στο δίκτυο. Αυτό είναι δυνατό μέσω της εσωτερικής σύνδεσης CANTx και CANRx και μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς το CAN να είναι συνδεδεμένο σε δίκτυο καθώς δεν περιμένει σήμα acknowledge. Στην Silent μέθοδο όλες οι λειτουργίες αποστολής καταστέλλονται ενώ οι λειτουργίες λήψης λειτουργούν κανονικά. Η μέθοδος αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για δοκιμές στον ίδιο τον κόμβο είτε για παρακολούθηση ενός CAN δικτύου χωρίς καμία παρεμβολή σε αυτό. Αντίστοιχα η λειτουργία αυτή δεν στέλνει σήματα acknowledge και error. Οι καταχωρητές που ελέγχουν το CAN μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: καταχωρητές ελέγχου και κατάστασης καταχωρητές γραμματοκιβωτίου καταχωρητές φίλτρου

32 26 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού Οι καταχωρητές ελέγχου και κατάστασης περιλαμβάνουν τις τιμές του καναλιού, και την γενική κατάσταση των γραμματοκιβωτίων και των μεταδόσεων. Πιο συγκεκριμένα ο κύριος καταχωρητής ελέγχου (CAN_ MCR) περιλαμβάνει ρυθμίσεις όπως το mode των αποστολών, τα αυτόματα ξυπνήματα, τις προτεραιότητες, το sleep mode και την επαναφορά στις αρχικές ρυθμίσεις του CAN. Ο κύριος καταχωητής κατάστασης (CAN_ MSR) περιλαμβάνει τις τιμές του καναλιού, τις τιμές των διακοπών από τα διάφορα γεγονότα και τις αναγνωρίσεις που δημιουργούνται κατά τις μεταδόσεις. Ο καταχωρητής κατάστασης μετάδοσης (CAN_ TSR) ελέγχει τις προτεραιότητες των flags, και περιέχει την πληροφορία για την κατάσταση κάθε γραμματοκιβωτίου. Περιέχει επίσης πληροφορίες σφαλμάτων και τις καταστάσεις των μεταδόσεων. Ο FIFO 0 καταχωρητής λήψης (CAN_ RF0R) και ο FIFO 1 καταχωρητής λήψης (CAN_ RF1R) ελέγχουν την κατάσταση της στοίβας αποστολών. Ο καταχωρητής ενεργοποίησης διακοπών (CAN_ IER) ενεργοποιεί και απενεργοποιεί τις διακοπές που σχετίζονται με το ξύπνημα, τα σφάλματα και τις υπόλοιπες διακοπές που δημιουργούνται κατά την λειτουργία του περιφερειακού. Ο καταχωρητής κατάστασης σφαλμάτων (CAN_ ESR) καταγράφει τα σφάλματα που έχουν παρατηρηθεί καθώς και τον τύπο των σφαλμάτων αυτών. Τέλος ο καταχωρητής χρονισμού των bit (CAN_ BTR) χρησιμοποιείται για τον χρονικό συγχρονισμό των bit, τον ρυθμό αποστολής, τα loopback και silent mode και το χρονικό μήκος των αποστολών. Οι καταχωρητές γραμματοκιβωτίου είναι υπεύθυνοι για την αποθήκευση της πληροφορίας που στέλνεται ή λαμβάνεται στο δίκτυο CAN. Οι καταχωρητές γραμματοκιβωτίου δεν χρησιμοποιήθηκαν για την εργασία και θα αναφερθούν μόνο ονομαστικά. Είναι: ο καταχωρητής αναγνώρισης γραμματοκιβωτίου (CAN_ TixR)(x=0..2) ο καταχωρητής μεγέθους δεδομένων και σφραγίδας χρόνου (CAN_ TDTxR)(x=0..2) οι καταχωρητές δεδομένων γραμματοκιβωτίου (CAN_ TDLxR)(x=0..2) (CAN_ TDHxR)(x=0..2), ο FIFO καταχωρητής αναγνώρισης λήψης (CAN_ RixR)(x=0..1)(CAN_ RDTxR)(x=0..1) ο FIFO καταχωρητής μεγέθους δεδομένων και σφραγίδας χρόνου CAN_ RDLxR)(x=0..1)(CAN_ RDHxR(x=0..1). Όπως έχει αναφερθεί το CAN μπορεί να δουλέψει σε αρκετά μεγάλες συχνότητες και τα μηνύματα που βρίσκονται στο κανάλι μπορούν να διαβαστούν από οποιονδήποτε κόμβο. Όπως είναι λογικό σε μεγάλα δίκτυα υπάρχει μεγάλος αριθμός μηνυμάτων στο κανάλι. Αυτά τα μηνύματα απασχολούν κάθε κόμβο του CAN πολύ συχνότερα απ' όσο χρειάζεται, καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις μόνο ένα μικρό ποσοστό των μηνυμάτων του καναλιού χρειάζεται να διαβαστούν από έναν συγκεκριμένο κόμβο. Για να λυθεί το πρόβλημα αυτό το CAN υποστηρίζει την λειτουργία φίλτρων και μασκών [11]. Έτσι λοιπόν, στους καταχωρητές φίλτρου εισάγονται οι τιμές που είναι επιθυμητό να περνάνε το

33 2.4. Περιφερειακά 27 φίλτρο και να διαβαστούν από τον συγκεκριμένο κόμβο, ενώ στους καταχωρητές μάσκας επιλέγονται ποια bits του idendifier θα συγκριθούν με το φίλτρο. Έτσι λοιπόν οι τιμές του φίλτρου μάσκας είναι είτε 0 που υποδηλώνει don't care, είτε 1 που υποδηλώνει care και συγκρίνεται με το φίλτρο. Όπως είναι λογικό για τιμή της μάσκας 0x00 δεν ελέγχεται καθόλου το φίλτρο. Αντίστροφα σε περίπτωση που είναι όλη η μάσκα είναι 1 μόνο ο identifier που έχει την ακριβή τιμή του φίλτρου μπορεί να περάσει. Με κατάλληλο συνδυασμό του φίλτρου και τις μάσκας είναι δυνατόν να επιτραπούν ομάδες μηνυμάτων, παρατηρώντας κοινά ψηφία εντός της ομάδας και ελέγχοντας μόνο αυτά με κατάλληλη μάσκα. Τα φίλτρα και οι μάσκες ρυθμίζονται από συγκεκριμένη κατηγορία καταχωρητών, τους καταχωρητές φίλτρου. Οι καταχωρητές φίλτρου είναι υπεύθυνοι για την ενεργοποίηση, την ρύθμιση και την προτεραιότητα των φίλτρων. Οι καταχωρητές αυτοί είναι: ο κύριος καταχωρητής φίλτρων (CAN_ FMR) ο καταχωρητής τύπου φίλτρων (CAN_ FM1R) ο καταχωρητής κλίμακας φίλτρων (CAN_ FS1R) ο καταχωρητής εκχώρησης FIFO (CAN_ FFA1R) ο καταχωρητής ενεργοποίησης φίλτρου (CAN_ FA1R) ο καταχωρητής συνδεσμολογίας (CAN_ FiRx)(i=0..27, x=1, 2). Ο CAN_ FMR είναι υπεύθυνος για την επιλογή λειτουργίας κάθε φίλτρου ανάμεσα στις λειτουργίες αρχικοποίησης και κανονικής λειτουργίας. Ο CAN_ FM1R επιλέγει ανάμεσα στις λειτουργίες Mask και List. Η λειτουργία List αλλάζει τελείως την λειτουργία της μάσκας. Πλέον ο καταχωρητής μάσκας δουλεύει σαν επέκταση του καταχωρητή φίλτρου επιτρέποντας έτσι την χρήση μεγαλύτερου αριθμού φίλτρων. Το βασικό μειονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι ότι είναι αδύνατος ο έλεγχος ομάδας μέσω φίλτρων και κάθε φίλτρο πρέπει να ορίζεται μεμονωμένα. Ο καταχωρητής CAN_ FS1R επιλέγει αν οι καταχωρητές φίλτρων θα διαβάζονται ως ενιαία λέξη των 32 bit ή ως δύο λέξεις των 16 bit. Ο καταχωρητής CAN_ FFA1R επιλέγει σε ποια από της δύο λίστες (FIFO 0 ή FIFO 1) θα αποθηκεύεται το μήνυμα που περνάει από κάθε φίλτρο. Ο καταχωρητής CAN_ FA1R ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί τα φίλτρα. Οι 27 καταχωρητές φίλτρων αποθηκεύουν τις τιμές που φιλτράρονται και συγκρίνονται με τους identifiers. Αντίστοιχα με αυτούς και έχοντας ίδιο μέγεθος με τους καταχωρητές φίλτρου υπάρχουν και οι αντίστοιχοι 27 καταχωρητές μάσκας.

34 28 Κεφάλαιο 2. Περιγραφή υλικού

35 Κεφάλαιο 3 Προγραμματισμός ADC 3.1 uvision Το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε κατά την διάρκεια της εργασίας είναι το uvision της εταιρίας keil. Το uvision είναι ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης (IDE). Περιλαμβάνει διαχείριση project, επεξεργασία κώδικα, debugging και πλήρη προσομοίωση. Το uvision περιλαμβάνει αρκετά χρήσιμα εργαλεία για τον προγραμματισμό ενσωματωμένων συστημάτων. Θα αναφερθούν περιληπτικά μερικά από αυτά. Για αρχή περιλαμβάνει έναν δικό του επεξεργαστή κώδικα, debugger και έναν compiler της εταιρίας ARM. Εκτός από αυτό υποστηρίζει την λειτουργία πολλών project παράλληλα. Περιλαμβάνει εργαλεία που καταγράφουν τους χρόνους εκτέλεσης συναρτήσεων, των εντολών, καθώς και τις τιμές σημάτων και μεταβλητών. Επίσης υποστηρίζει αρκετούς προσαρμογείς αποσφαλμάτωσης (debug adapters). Τέλος παρέχει την δυνατότητα της προσομοίωσης είτε σε συνδυασμό με τους προσαρμογείς αποσφαλμάτωσης και πραγματικό κύκλωμα, είτε σε καθαρή προσομοίωση του συστήματος, που είναι χαρακτηριστικά χρήσιμο για την ανάπτυξη του κώδικα. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα εργαλεία του συστήματος δουλεύουν και στις δυο περιπτώσεις προσομοίωσης. Τέλος στην ιστοσελίδα της εταιρείας [12] είναι διαθέσιμα αρκετά παραδείγματα, οι βιβλιοθήκες της εταιρίας για αρκετούς ARM επεξεργαστές καθώς και οδηγίες για την δημιουργία αρχικού project [13]. Η παρακάτω εικόνα παρουσιάζει τον περιβάλλον του προγράμματος uvision κατά την λειτουργία προσομοίωσης. 29