Giới thiệu bộ vi điều khiển ARM

Giới thiệu bộ vi điều khiển ARM

Lý do vì sao nên sử dụng bộ vi điều khiển ARM???

Đối với những người mới bắt đầu học vi điều khiển nên bắt đầu với 8051 hoặc AVR để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của nó. Tài liệu của các thiết bị này rất dễ đọc và dễ hiểu. Nhưng khi bạn đã làm việc với các kiến trúc này một thời gian, có lẽ bạn sẽ cảm thấy sự sáng tạo của mình bị giới hạn bởi những hạn chế về tài nguyên mà các thiết bị này cho bạn. 512 byte RAM?! Bạn có thể làm gì với 512 byte?

Một số người có thể lập luận rằng bạn có thể làm rất nhiều, chính xác. Nhưng với sự phát triển và đổi mới nhanh chóng trong ngành công nghiệp điện tử, có một số ứng dụng phổ biến không thể làm được với lượng bộ nhớ đó (hoặc tốc độ xung nhịp 16 MHz chậm chạp!). Hãy thử nghĩ về một máy ghi âm đơn giản . Để ghi lại âm thanh, bạn cần đọc 16 bit từ ADC ít nhất 8000 lần một giây. Và bạn phải ghi tất cả điều này vào một chip bộ nhớ ngoài (vì bạn có RAM 512 byte!). Ngay cả khi bạn có thể làm điều này, không có cách nào bạn có thể chuyển dữ liệu đã ghi này ra máy tính. Nếu bạn đã suy nghĩ về việc sử dụng UART (cổng nối tiếp), hãy nghĩ lại vì không có máy tính xách tay nào có một cổng nối tiếp bên ngoài nữa.

Vậy giải pháp là gì?  Hãy chuyển sang ARM SoC ( hệ thống trên chip ).

Với chi phí gấp đôi so với các bộ vi điều khiển AVR phổ biến , bạn sẽ có hơn 10 kênh ADC có thể đọc được hơn 4 triệu mẫu mỗi giây, bạn có thể có thẻ nhớ định dạng FAT32 để ghi để bạn có thể chuyển các tệp của mình trực tiếp vào máy tính. Bạn có hỗ trợ phần cứng cho USB 2.0 và thậm chí bạn có thể kết nối màn hình LCD - tất cả đều có phần mềm nguồn mở miễn phí chạy trên một con chip!

Sơ đồ khối chi tiết này có thể giúp bạn hình thành ý tưởng về những gì vi điều khiển ARM tích hợp. Nếu sơ đồ khối không rõ ràng với bạn, đừng lo lắng, loạt bài viết này sẽ hướng dẫn bạn chi tiết và với ngôn ngữ dễ nhất có thể.

1.       Sức mạnh xử lý: Không nói cụ thể về tốc độ xung clock ở đây. Điều làm nên sự khác biệt lớn hơn là lõi 32 bit có thể nhân hai số 10 chữ số chỉ trong một chu kỳ xung nhịp. Ở cùng tốc độ xung nhịp, kiến trúc 32 bit có thể nhanh hơn 8 lần so với kiến trúc 8 bit thông thường. Có nghĩa là hiệu quả năng lượng tốt hơn (mức tiêu thụ năng lượng tăng tuyến tính với tốc độ xung nhịp). Một con chip được cung cấp bởi lõi ARM có thể thực hiện một số thao tác khó và có thể chạy các thuật toán để làm cho ứng dụng của bạn thông minh hơn, tốt hơn và nhanh hơn.

2.       Tốc độ đáp ứng: Đây là nơi có các lõi và thiết bị ngoại vi tốc độ cao xuất hiện. Với tốc độ xung nhịp tối đa trên 50 MHz, cho đến hết hàng trăm MHz, lõi và các thiết bị ngoại vi phản ứng cực nhanh. Đối với các ứng dụng thời gian thực như triển khai máy chủ/máy khách, web và ứng dụng Internet of Things , điều này tạo ra sự khác biệt. Ngoài ra, cơ chế xử lý ngắt tốt hơn nhiều so với kiến trúc 8 bit. Điều này sẽ được xem xét lại trong một bài viết trong tương lai về ARM VIC (bộ điều khiển ngắt vectơ). Tiêu thụ điện năng thấp kết hợp với tốc độ cao và phản ứng nhanh làm cho ARM trở thành lựa chọn tốt nhất cho các thiết bị có công suất thấp, công suất cao.

3.       Thiết bị ngoại vi: Mặc dù  ARM có vẻ đắt tiền ngay từ cái nhìn đầu tiên, chúng được thiết kế cho các thiết kế giá rẻ. Chip thường chứa hầu hết mọi thứ mà các ứng dụng thông thường, chẳng hạn như bộ định thời , ADC và DAC. Các giao diện như UART, I2C, SPI, SDIO, JTAG, USB, CAN, I2S, v.v ... đều được xây dựng dưới dạng thiết bị ngoại vi. Thông thường có hơn 6-8 giao diện khác nhau trên một ARM. Bạn sẽ không bao giờ phải suy nghĩ về việc sử dụng chip/phần cứng bên ngoài của bạn nữa. Tích hợp cao cũng có nghĩa là PCB nhỏ hơn và thiết kế đơn giản hơn - có thể giúp bạn tiết kiệm rất nhiều tiền .

4.       Bộ nhớ tăng: Đừng bao giờ mong đợi nhìn thấy dung lượng bộ nhớ flash là 16 MB ! Nhiều bộ nhớ hơn thường flash khoảng 512kB hoặc 1 MB. Nhưng một lần nữa, tập lệnh lai tạo cho mật độ mã máy rất cao. Bạn có thể mã hóa trình phát MP3 đầy đủ tính năng với bộ nhớ flash là 400kB. Ngoài ra, bộ đệm và cơ chế đường ống giúp tăng tốc truy cập flash để một lệnh được thực thi cho mỗi chu kỳ xung clock. Hầu như không có trạng thái chờ trong bộ xử lý ARM nếu bạn lập trình đúng cách. Ngoài ra, RAM được kết nối trực tiếp với bus hệ thống nội bộ (thường được gọi là AHB) với tốc độ cực cao. Bạn thường nhận được hơn 16-23kB RAM trên chip ARM7 thông thường. Khi bạn chuyển sang các thiết bị ARM có flash / RAM ngoài, bạn có thể đạt tới 64 hoặc 128 MB cho các tùy chọn bộ nhớ RAM và flash.

5.       Cấu hình đầy đủ: Đây là một trong những tính năng hấp dẫn nhất bạn sẽ tìm thấy trên chip ARM. Mỗi thiết bị ngoại vi đều có cấu hình đầy đủ - chi tiết đến từng phút. Ví dụ, trên phần cứng giao diện nối tiếp, bạn thậm chí có thể quyết định thời gian cao và thời gian thấp cho tín hiệu xung. Đối với UART, tốc độ baud không lỗi và hỗ trợ phần cứng để kiểm tra tính chẵn lẻ và nhiều tính năng khác giúp nhận ra ứng dụng của bạn đẹp mắt và chuyên nghiệp.

Đối với người dùng cao cấp hơn, các tính năng điều khiển xung clock, nghĩa là kiểm soát hoàn toàn tiếng ồn chuyển đổi kỹ thuật số và tản điện. Bạn không thích nó khi máy tính xách tay của bạn làm chậm bộ xử lý của nó để tiết kiệm năng lượng? Tất cả các chip ARM đều có khả năng mở rộng xung nhịp. Bạn thậm chí có thể thu nhỏ xung clock cho một số thiết bị ngoại vi nhất định để giảm mức tiêu thụ điện.