Учебное-пособие-SDK-1.1M_beta_02_10_2019. Учебное пособие (черновой вариант) фпи и кт университет итмо санктПетербург 2019 г
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. Лабораторный стенд SDK-1.1M Учебное пособие (черновой вариант) ФПИ и КТ Университет ИТМО Санкт-Петербург 2019 г Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. ФПИ и КТ университета ИТМО 2 Оглавление ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................................... 4 КОМПЛЕКТАЦИЯ SDK-1.1M .................................................................................................................................... 5 П РОЦЕССОРНЫЕ МОДУЛИ SDK-1.1M ................................................................................................................................... 5 Н ЕСУЩИЕ ПЛАТЫ SDK-1.1M ............................................................................................................................................... 5 ПРОЦЕССОРНЫЕ МОДУЛИ SDK-1.1M ..................................................................................................................... 6 М ИКРОКОНТРОЛЛЕР STM32F107VCT6 (T YPE 107) .............................................................................................................. 6 М ИКРОКОНТРОЛЛЕР STM32F407VGT6 (T YPE 407) .............................................................................................................. 7 М ИКРОКОНТРОЛЛЕР STM32F427V I T6 (T YPE 427) ............................................................................................................... 8 М ИКРОПРОЦЕССОР NXP I .MX 6ULL (T YPE MX6) .................................................................................................................. 9 ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА SDK-1.1M ............................................................................................................. 11 Р АСШИРИТЕЛЬ ВВОДА / ВЫВОДА PCA9538PW ..................................................................................................................... 11 Ч АСЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ MCP79411 ............................................................................................................................ 11 Г РАФИЧЕСКИЙ OLED- ДИСПЛЕЙ WEO012864DL ................................................................................................................. 11 E THERNET ........................................................................................................................................................................ 11 USB ............................................................................................................................................................................... 11 И ЗЛУЧАТЕЛЬ ЗВУКА HC0903A ........................................................................................................................................... 11 И НЕРЦИОННЫЙ МОДУЛЬ I NEMO LSM9DS ......................................................................................................................... 12 К ЛАВИАТУРА ................................................................................................................................................................... 12 В СТРОЕННЫЙ ПРОГРАММАТОР - ОТЛАДЧИК ........................................................................................................................... 13 ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ....................................................................................................................... 13 О БЩИЙ ВИД СТЕНДА SDK-1.1M ........................................................................................................................................ 13 И НСТРУМЕНТЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ SDK-1.1M НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ STM32 (T YPE 107, T YPE 407, T YPE 427) ......... 15 У СТАНОВКА ДРАЙВЕРОВ .................................................................................................................................................... 16 НАСТРОЙКА IDE .................................................................................................................................................... 17 Н АСТРОЙКИ ПРОЕКТА В STM32C UBE MX ............................................................................................................................ 17 ТРЕБОВАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ....................................................................................................... 21 Т РЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТ .................................................................................................................................. 21 Т РЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТАМ ................................................................................................................................................... 21 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА, «ИНТЕРФЕЙСЫ ВВОДА/ВЫВОДА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ (GPIO)» ............................. 21 З АДАНИЕ ........................................................................................................................................................................ 21 О БЩИЕ СВЕДЕНИЯ ............................................................................................................................................................ 22 Р АБОТА С GPIO ............................................................................................................................................................... 23 В АРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ........................................................................................................................................................ 24 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА, «ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС UART» .............................................................. 26 З АДАНИЕ ........................................................................................................................................................................ 26 О БЩИЕ СВЕДЕНИЯ ............................................................................................................................................................ 26 П ЕРЕДАЧА И ПРИЕМ ДАННЫХ ПО UART............................................................................................................................... 27 В АРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ........................................................................................................................................................ 29 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА, «I 2 C И OLED ДИСПЛЕЙ» ............................................................................................... 32 М ОДУЛЬ OLED, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ .................................................................................................................................... 32 Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. ФПИ и КТ университета ИТМО 3 О ПИСАНИЕ КОМАНД ......................................................................................................................................................... 34 Ф УНКЦИИ ДЛЯ РАБОТЫ С ДИСПЛЕЕМ .................................................................................................................................. 36 В АРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ........................................................................................................................................................ 36 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА, «КЛАВИАТУРА» .......................................................................................................... 38 О ПИСАНИЕ КЛАВИАТУРЫ ................................................................................................................................................... 38 Р АБОТА С PCA9538 ПО I 2 C ............................................................................................................................................... 38 З АПИСЬ И ЧТЕНИЕ ДАННЫХ НА PCA9538 ............................................................................................................................ 40 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА, «ПРЕРЫВАНИЯ» ......................................................................................................... 41 О БЩИЕ СВЕДЕНИЯ ............................................................................................................................................................ 41 З АДАНИЯ ........................................................................................................................................................................ 42 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА, «ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ FREERTOS» ............................... 43 О БЩИЕ СВЕДЕНИЯ ............................................................................................................................................................ 43 F REE RTOS И STM32C UBE MX ........................................................................................................................................... 44 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА, «ВВЕДЕНИЕ В LWIP» ................................................................................................... 45 О БЩИЕ СВЕДЕНИЯ ............................................................................................................................................................ 45 R AW API ......................................................................................................................................................................... 45 N ETCONN API .................................................................................................................................................................. 47 S OCKET API ..................................................................................................................................................................... 48 З АДАНИЕ ........................................................................................................................................................................ 48 Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. ФПИ и КТ университета ИТМО 4 Введение Учебный лабораторный стенд SDK-1.1M входит в серию стендов SDK-1.1M и является многофункциональным устройством, построенным на базе 32-битного ARM- микроконтроллера. Он предназначен для изучения архитектуры и методов проектирования: − киберфизических систем и интернета вещей; − систем на базе микропроцессоров и микроконтроллеров; − встраиваемых контроллеров и систем сбора данных; − периферийных блоков вычислительных систем; − подсистем ввода-вывода встраиваемых систем. Широкий спектр возможностей стенда SDK-1.1М позволяет использовать его во многих направлениях: − обучение; − производство; − автоматизация управления; − исследования; − контрольный пункт управления; − вычислитель. Обучение ВУЗы, колледжи могут использовать стенд SDK-1.1M для проведения учебных и исследовательских работ. Преподаватели могут как разрабатывать свои задания для лабораторных работ, так и использовать готовые, разработанные специалистами ООО «ЛМТ». Производство На предприятиях приборостроительных отраслей стенд SDK-1.1M будет удобен для использования в качестве прототипа при разработке разнообразных электронных модулей – контроллеров и приборов. Автоматизация управления В распределенных системах сбора данных и управления стенд SDK-1.1M может использоваться в качестве центрального контроллера для подключения GSM-модемов, модулей GPS/ГЛОНАСС, Wi-Fi, ZigBee и т.п. Исследования В лабораториях и на производстве SDK-1.1M будет удобен для автоматизации лабораторных исследований и простых технологических процессов. Контрольный пункт управления Стенд SDK-1.1M будет полезен в качестве простой панели оператора для организации пункта управления. Вычислитель Лабораторный стенд SDK-1.1M подойдет для решения вычислительных задач, т.к. обладает высокой вычислительной мощностью и широким набором интерфейсов ввода- вывода. Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. ФПИ и КТ университета ИТМО 5 Комплектация SDK-1.1M Процессорные модули SDK-1.1M Сменные процессорные модули для подключения к несущей плате учебного стенда SDK-1.1M Таблица. 1. Процессорные модули SDK-1.1M Несущие платы SDK-1.1M Таблица. 2. Несущие платы SDK-1.1M Характеристики Type 107 Type 407 Type 427 Type MX6 Type XC7 Вычислитель STM32F107 STM32F407 STM32F427 i.MX 6ULL ПЛИС Xilinx Тактовая частота 72 МГц 168 МГц 180 МГц до 900 МГц в разработке RAM 64 КБ 192 КБ 256 КБ 512 МБ Встроенная FLASH-память 256 КБ 1 МБ 2 МБ - Внешняя память SerialFLASH - 16 МБ 16 МБ 16 МБ Micro SD - да да да USB да да да да Характеристики Model A Model B Model C Ethernet - - 100 Мбит/с RS-485 - да да OLED дисплей 128x64 да да да Клавиатура 3х4 да да да Подключение плат SDK-X - да да Подключение Arduino-совместимых плат - - да Питание от отладочного USB-порта (micro USB) Напряжение 5 В ± 0,5 В Ток до 500 мА Питание от внешнего источника постоянного тока Напряжение 9÷36 В Ток до 750 мА Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. ФПИ и КТ университета ИТМО 6 Процессорные модули SDK-1.1M Микроконтроллер STM32F107VCT6 (Type 107) • Процессорное ядро: ARM® 32-bit Cortex®-M3 CPU ▪ Максимальная частота 72 МГц; ▪ Однократное умножение и аппаратное разделение. • Память ▪ От 64 до 256 Кб флеш-памяти; ▪ 64 Кб SRAM. • Управление часами, сбросом, питанием ▪ От 2 до 3.6 В на портах ввода/вывода; ▪ Power-on reset (POR), Port Direction Register (PDR), Programmable voltage detector (PVD); ▪ Кварцевый генератор с частотой от 3 до 25 МГц; ▪ Генератор с частотой 32 КГц для часов реального времени (RTC) с калибровкой; • Малое энергопотребление ▪ Режимы сна, остановки, ожидания; ▪ Питание от батареи для RTC и резервных регистров; • 2 12-битных 1 мкс АЦП (16 каналов) ▪ Диапазон от 0 до 3.6 В; ▪ Датчик температуры ▪ Up to 2 MSPS in interleaved mode • 2 12-битных ЦАП • 12-ти канальный DMA контроллер ▪ Поддерживаемые периферийные устройства: таймеры, АЦП, ЦАП, I 2 C, SPI, I 2 S и USART. • Режим отладки ▪ Интерфейсы Serial wire debug (SWD) и JTAG ▪ Cortex®-M3 Embedded Trace Macrocell™ • 80 быстрых портов ввода/вывода • Блок вычисления CRC, уникальный 96-битный индефикатор • 10 таймеров с возможностью переназначения контактов • 14 интерфейсов связи с возможностью переназначения контактов ▪ 2 I 2 C интерфейса (SMBus/PMBus); ▪ 5 USART; ▪ 3 SPI (18 Мбит/с); ▪ 2 CAN интерфейса с 512 байт выделенной SRAM; ▪ USB 2.0 полноскоростной device/host/OTG контроллер с PHY; ▪ USB 2.0 высокоскоротной/полноскоростной device/host/OTG контроллер с выделенной DMA, полноскоростным PHY и ULPI; ▪ 10/100 Ethernet MAC с выделенной DMA и SRAM (4 Кб): аппаратная поддержка IEEE1588. Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. ФПИ и КТ университета ИТМО 7 Микроконтроллер STM32F407VGT6 (Type 407) • Процессорное ядро: ARM® 32-bit Cortex®-M4 CPU с модулем операций с плавающей запятой; частота до 168 МГц; блок защиты памяти (MPU). • Память: ▪ 1 Мбайт FLASH-памяти для программ и данных; ▪ 192+4 Кбайт SRAM-памяти, включая 64 Кбайт CCM (core coupled memory); ▪ Контроллер внешней памяти, поддерживающий устройства памяти типа Compact Flash, SRAM, PSRAM, NOR и NAND. • Параллельный интерфейс LCD с режимами 8080 и 6800 • Управление синхронизацией, сбросом, питанием: ▪ Напряжение питания и ввода/вывода от 1,8 до 3,6 В; ▪ Power-on reset (POR), Power-down reset (PDR); ▪ Подключение внешнего кварцевого генератора с частотой от 4 до 26 МГц; ▪ Встроенный RC-генератор 16 МГц; ▪ Встроенный генератор с частотой 32 кГц для часов реального времени (RTC); ▪ Режимы работы с пониженным энергопотреблением. • 3 12-битных с 2,4 млн выборок/с АЦП: до 24 каналов и 7,2 млн выборок/с в режиме тройного чередования • 2 12-битных ЦАП • Отладочные возможности: ▪ Интерфейсы JTAG и SWD (Serial wire debug); ▪ Cortex®-M3 Embedded Trace Macrocell™. • Более 70 портов ввода/вывода, устойчивых к уровням сигналов до 5 В • Стандартные интерфейсы: ▪ I 2 C (в т.ч. SMBus/PMBus); ▪ USART/UART; ▪ SPI (до 42 Мбит/с); ▪ I 2 S (полнодуплексный); ▪ CAN с 512 байт выделенной SRAM; ▪ SDIO. • Расширенные возможности подключения: ▪ USB 2.0 Full Speed device/host/OTG контроллер с встроенной микросхемой PHY; ▪ 10/100 Ethernet MAC с выделенной DMA и SRAM (4 Кбайт): аппаратная поддержка IEEE1588v2. • 8-14-битный параллельный интерфейс камеры со скоростью до 54 Мбайт/с • Аппаратный генератор случайных чисел • Блок вычисления CRC • 96-битный уникальный идентификатор • Часы реального времени (RTC) Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. ФПИ и КТ университета ИТМО 8 Микроконтроллер STM32F427ViT6 (Type 427) • Процессорное ядро: ARM® 32-bit Cortex®-M4 CPU с модулем операций с плавающей запятой, ART ускоритель, обеспечивающий мгновенное выполнение из флеш-памяти, с частотой до 180 МГц, с блоком защиты памяти (MPU). • Память ▪ 2 Мбайт флеш-памяти; ▪ 256+4 Кбайт SRAM, включая 64 Кбайт CCM (core coupled memory); ▪ Гибкий статический контроллер памяти c 32-битной шиной данных, поддерживающий Compact Flash, SRAM, PSRAM, SDRAM/LPSDR SDRAM, NOR и NAND память. • Chrom-ART ускоритель для улучшения создания графического содержимого • Управление часами, сбросом, питанием ▪ От 1.7 до 3.6 В на портах ввода/вывода; ▪ Power-on reset (POR), Port Direction Register (PDR), Programmable voltage detector (PVD); ▪ Кварцевый генератор с частотой от 4 до 26 МГц; ▪ Генератор с частотой 32 КГц для часов реального времени (RTC) с калибровкой; ▪ Режимы сна, остановки, ожидания; • 3 12-битных с 2.4 млн выч/с АЦП: до 24 каналов и 7.2 млн выч/с в режиме тройного чередования • 2 12-битных ЦАП • Универсальный DMA: 16-поточный котроллер DMA с поддержкой FIFO • 17 таймеров: 12 16-битных и 2 32-биных таймеров, каждый из которых имеет частоту 180 МГц • Режим отладки ▪ Интерфейсы Serial wire debug (SWD) и JTAG ▪ Cortex®-M3 Embedded Trace Macrocell™ • 168 портов ввода/вывода с возможностью прерываний ▪ 164 быстрых портов ввода/вывода с частотой 90 МГц; ▪ 165 портов, выдерживающих 5 В. • 21 интерфейс связи ▪ 3 I 2 C интерфейса (SMBus/PMBus); ▪ 4 USART и 4 UART; ▪ 6 SPI (45 Мбит/с), 2 с полностью двусторонним I 2 S; ▪ SAI (serial audio interface) ▪ 2 CAN интерфейса с 512 байт выделенной SRAM; ▪ Интерфейс SDIO. • Расширенные возможности подключения ▪ USB 2.0 полноскоростной device/host/OTG контроллер с встроенной микросхемой PHY; ▪ 10/100 Ethernet MAC с выделенной DMA и SRAM (4 Кб): аппаратная поддержка IEEE1588v2. • 8-14-битный параллельный интерфейс камеры со скоростью до 54 Мб/с • Генератор случайных чисел • Модуль вычислений CRC • 96-битный уникальный индефикатор • RTC: точность в секундах, аппаратный календарь Быковский С.В., Ключев А.О., Кустарев П.В., Платунов А.Е. ФПИ и КТ университета ИТМО 9 |