1 / 57

組込みシステム　講義

組込みシステム　講義. （第３巻）. ３年次後期２単位選択 担当：　玉野　和保. 単元 5 （1/ 26 ）. 第 5 単元　 組込みプロセッサ. 講義の意味と位置づけ 組込みプロセッサのシステムへの応用 マイコンの基本構成 マイコンと組込みプロセッサの構成 PIC のプロセッサ構成 H8 のプロセッサ構成 講義で解説すること 組込みシステムの基本仕様 Harvard 方式とは PIC と H8 の内部基本構成. 講義の意味と位置づけ マイコンの定義 コンピュータと電卓の違い コンピュータの類別 マイコンの類別 講義で解説すること

valmai
Télécharger la présentation

組込みシステム　講義

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 組込みシステム　講義 （第３巻） ３年次後期２単位選択 担当：　玉野　和保

  2. 単元5（1/26） 第5単元　組込みプロセッサ • 講義の意味と位置づけ • 組込みプロセッサのシステムへの応用 • マイコンの基本構成 • マイコンと組込みプロセッサの構成 • PICのプロセッサ構成 • H8のプロセッサ構成 • 講義で解説すること • 組込みシステムの基本仕様 • Harvard方式とは • PICとH8の内部基本構成 • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ

  3. 単元5（2/26） 組込みプロセッサのシステムへの応用 組込みプロセッサ Interface Race-track Network Sensor 通信機能や記憶なども含む 組込みプロセッサ Interface Actuator

  4. 単元5（3/26） マイコンハードウェアシステム • 講義の意味と位置づけ • マイコンシステムのハードウェア構成 • ハードウェアの回路構成 • 割り込みとリアルタイム処理 • 汎用MPUとワンチップマイコン • 講義で解説すること • マイコンシステムの構成 • 割り込みの機能とその処理 • リアルタイム処理のためのハードウェアとソフトウェア • ハードウェア構成で使用される代表的なMPU • I-8086によるコンパクト汎用マイコンボード設計 • H8システム • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ

  5. 単元5（4/26） マイコンシステムのハードウェア構成 MPU ［Multi System,CPU,etc］ Muti-media Processor Co-Processor ［IntC、DSP、WDTimer］ Interrupt System I/O Controller Memory System ［RAM,SAM,etc］ Memory Management Unit Memory Supporting System Peripheral ［Key,CRT,Sound,etc］ Network Controlling System

  6. 単元5（5/26） Neumann型コンピュータ • Turingのアイデアを機械で実現 • 基本構造 指示で左右移動・停止 無限に長い有限記号テープ Stored Program方式 読み込み 書き込み 逐次処理方式 判読 テープ移動制御 テープ内容変更

  7. 単元5（6/26） Babbegeのアイデア • 計算機の骨格の提案 　　４つの機能：　演算　記憶　入出力　制御　 　　プログラム方式：　当時はパンチカード方式 　　符号化：　　　　　　当時は10進数符号化 • ソフトウェア処理 A. Adaと共同、階差機関の制御プログラムを手がける

  8. 単元5（7/26） マイコンの基本構成 • ４つの要素： 演算、記憶、入出力、制御 • BUS： 要素をつなぐ、母線 • Option： 外部にBUSを解放　　システムの拡張 システムのGlobal化・Open化 • Co-Processor システム高機能化 並列処理Processor

  9. 単元5（8/26） マイコン・MPUの基本構成要素 • CPU：　　　 ALU（Arithmetic Logic Unit） 　　　　　　　　 Register、Status 　　　　　　　 　I/O・Interrupt Controller MMU(Memory Management Unit ) • Memory： ROM、RAM • I/O： • Controller：　Peripheral Controller System Controller

  10. 単元5（9/26） マイコンの基本回路構成

  11. 単元5（10/26） マイコンの基本回路構成

  12. 単元5（11/26） Z80によるマイコン構成（CPU、メモリ付近の回路構成）

  13. 単元5（12/26） Z80によるマイコン構成（I/O付近の回路構成）

  14. 単元5（13/26） 組込みマイコンの構成 • 講義で解説すること • 組込みプロセッサの基本仕様 • 組込みプロセッサの内部構成 • Harvard方式 • PICとH8の内部構成

  15. 単元5（14/26） 組込みプロセッサの基本仕様 • 最小限のメモリ容量 • 可能な限り小さい実装面積 • 低消費電力 • 高い割り込み応答性 • スーパーバイザのリアルタイム性 • 開発、適用規模に適したスーパーバイザ （OS、Monitorなど） • 用途に応じた高い演算能力（RISC性） • 開発性の良さ：　開発環境、言語

  16. 単元5（15/26） 組込みプロセッサの基本構成 CPU Core BUS Accelerator RAM/ROM Option Module 高速内部BUS BUS Bridge 内部周辺BUS Memory Controller DMA Controller Timer Interrupt Controller プロセッサ内部 外部BUS 外部 Memory, Devices

  17. 単元5（16/26） Harvardsystem • 命令と記憶領域を物理的に区分 • （暴走によるプログラム領域の破壊を防ぐ） • 命令領域を意識せず、開発と実行が可能 • 命令は基本的に1クロックで処理＝RISC ※HarvardArchitectureは、1948頃に最初のNeumann型コンピュータ EDVAC以前に完成していたHarvard MarkⅡでNeumann型の一種として採用

  18. 単元5（17/26） ＰＩＣの論理構成と外観

  19. 単元5（18/26） ＰＩＣの外部端子

  20. 単元5（19/26） ＰＩＣのレジスタ

  21. 単元5（20/26） PICの機能別分類

  22. 単元5（21/26） 応用事例２：ロボット制御回路

  23. 単元5（22/26） 応用事例２：ロボット制御回路

  24. 単元5（23/26） 応用事例１：LED点滅制御回路

  25. 単元5（24/26） H8マイコンの機能構成

  26. 単元5（25/26） H8マイコンのハードウェア構成

  27. 単元5（26/26） H8マイコンの応用回路（その２） A/D変換ボード

  28. 謝　辞 第5単元のコンテンツ作成にあたり、授業の効果的進展のため 以下の文献からの写真図表を多大に引用させて頂いた。 厚く感謝申し上げます。 • 　後閑哲也：　たのしくできるPIC電子工作、東京電機大学出版局 • 　阪田史郎、高田広章：　組込みシステム、オーム社出版

  29. 単元6（1/28） 第6単元　CPUコアアーキテクチュア • 講義の意味と位置づけ • ALUは何をするのか • ２進数の加算、乗除算はどのように行われるのか • RISCとは？　CISCとは？ • Condition Code（Status）の種類とその計算処理法 • 講義で解説すること • CPUの中のALUの役割 • ALUの構成（ハードウェア、ソフトウェア構成） • RISCとCISC • ALUの演算機能（加算、乗除算） • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ

  30. 単元6（2/28） CPUの中のALUの役割 • データの変換：　　　　組み合わせ、順序回路 　　　　　　計算形式：　　Decoding 　　　　　　表形式：　　　 Array Processing • データの短期保存：　Register • データの長期保存：　Memory Bank 　　　　　　Core Memory（RAM、ROM） 外部メモリ（SAM） • Memory Switch:　　メモリ空間でのI/Oで構成 • Flag/Status:　　　　　Registerの一種 　　　　　　　　　　　　　　 単一のFlip/Flopで構成もある

  31. 単元6（3/28） 基本的なALUの構成 • 入力データを制御信号で変換 • 演算結果でシステムに状態（Status）信号を表示

  32. 単元6（4/28） ALUと周辺機能とのハードウェア構成

  33. 単元6（5/28） ALUのソフトウェア構成

  34. 単元6（6/28） ALUの演算機能 • 数値演算 たとえば、加減算（INC、DECを含む）、乗除算 • 論理演算 　　　たとえば、AND、OR、NOT、Flip/Flop制御 • Statusの判定 Statusの発生 Statusを含めた論理・数値演算

  35. 単元6（7/28） 加算操作 A、Bの２入力で 和と桁上げを出力 A、Bと桁上げの３入力で 和と桁上げを出力

  36. 単元6（8/28） 乗除算の計算法

  37. 単元6（9/28） ALUにおける乗算の信号フロー

  38. 単元6(10/28） ALUにおける除算の信号フロー

  39. 単元6（11/28） ＡＬＵのCondition Code処理システムのStatus処理

  40. 単元6（12/28） ALUの事例 命令：３bit Register： 　　　　４bit 　　　　２個

  41. 単元6（13/28） 181ALUの回路ユニット（National Semiconductor DM74181）

  42. 単元6（14/28） DM74181ALUの命令と処理事例

  43. 単元6（15/28） ALUによる周辺回路の制御 • 講義の意味と位置づけ • ALUと周辺装置の関係と制御の流れ • マイクロプログラムによるALUの制御方式 • MPUの内部処理 • 講義で解説すること • ALUと周辺装置のハードウェア構成 • ALUによるレジスタの制御 • マイクロプログラムによる周辺装置の制御 • ALUによる命令の実行 • CPUによる命令の実行例 • MPUの内部処理フロー • 講義の意味と位置づけ • マイコンの定義 • コンピュータと電卓の違い • コンピュータの類別 • マイコンの類別 • 講義で解説すること • マイコンとは何か • マイコンのコンピュータ界での位置づけ

  44. 単元6（16/28） ALUと周辺機能とのハードウェア構成（単元７(4/14)の再掲）

  45. 単元6（17/28） ALUと周辺装置のハードウェア構成

  46. 単元6（18/28） ALUによるレジスタの制御

  47. 単元6（19/28） マイクロプログラムとは • 1951年：Wilks（英：Kenbridge大学）により提案 制御点がm個　　　　　　　　　mbit以上のメモリ１Word 　1 word　の各bit　　　　　　　　制御信号（1：ON、　0:OFF） • マイクロプログラム：マイクロ命令を連ねた集合 対応 対応 マイクロ命令（Micro Instruction） 1960年代後半にIBM 360で使用されて以来、商用で広く使用

  48. 単元6（20/28） RISCとCISC • RISC:ReducedInstruction Set Computer • （1970年代にIBM801で開発、1980年代に登場） • Wired Logicとして演算回路を配線で結合 • 　命令で回路を切り替え、処理 • 1クロックで処理 • 　配線が複雑になるので命令数は限られる • CISC:ComplexInstruction Set Computer • （伝統的な命令セットアーキテクチュア（ISA）を • RISC登場で、対比して複雑（Complex）と称した） • Micro命令でBit操作を繰り返し実行し制御する • 　配線は比較的簡素 • 　命令数は多い　命令の直交性（類推性）が高い • ARM　アーキテクチュアに採用

  49. ハードウェア処理方式 たとえば、　　　１０ 　　　　　　　＋１１ １０１ この計算は、 FullAdder Half Adder 処理が早い、 専用回路使用＝複雑、コスト高 マイクロプログラム処理方式 たとえば、　　　１０ 　　　　　　　＋１１ １０１ この計算は、 ①Step　0+１→１　Carry=0 ②Step　　1+1+0 →0　Carry=1 処理が遅い、 回路が単純＝コスト安、汎用 回路で一括処理 細かな手続きに分解し逐次処理 単元6（21/28） マイクロプログラムの特徴 RISC処理 CISC処理

  50. 単元6（22/28） マイクロ命令の構造 マイクロ命令の構成要素 素（アトム）となる処理をコード化：　Operation Code、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Instruction 数値 Operation Codeに付随するデータ　　レジスタ　： アドレス Operand 命令 Operation Code Operand 1 Operand 2 ・・・・

More Related